賽題一：基于多串動力鋰電池SOX（SOC、SOH、SOP）動態(tài)高精度估算的算法

選題背景

發(fā)展新能源是我國應(yīng)對氣候變化、推動綠色發(fā)展的戰(zhàn)略舉措。國家關(guān)于“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)，支撐構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，加快推動新型儲能高質(zhì)量規(guī)模化發(fā)展要求，催生了新能源大發(fā)展的機(jī)會。

鋰離子電池作為儲能單元在新能源領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而，鋰離子電池系統(tǒng)具備容量大、串并聯(lián)節(jié)數(shù)多，系統(tǒng)復(fù)雜的特點(diǎn)，加之安全性、耐久性、動力性等性能要求高、實(shí)現(xiàn)難度大，因此成為影響新能源推廣普及的瓶頸。

電池管理系統(tǒng)（BMS）的重要任務(wù)是保證電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性能，主要可分解成安全性、耐久性、動力性三大方面。BMS由各類傳感器、執(zhí)行器、控制器以及信號線等組成，為滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，BMS功能需求包括電池電壓、電流、溫度等模擬量測量、采樣頻率同步性、SOC、SOH、SOP估算等等。

本命題重點(diǎn)考察BMS的設(shè)計(jì)性能優(yōu)化方案，旨在以較低的資源開銷，實(shí)現(xiàn)或提高相關(guān)SOX的精度，保證電池系統(tǒng)的安全性和使用壽命，同時提高功率的識別度，優(yōu)化功率的輸入輸出平滑性，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

輸出要求：

1、算法設(shè)計(jì)文檔（包含流程圖，輸入、輸出）

2、MATLAB算法代碼以及仿真報告

3、針對配套的算法，對芯片關(guān)鍵指標(biāo)定義輸出結(jié)論報告

描述及要求：

1、多串鋰電池范圍：2-100串（可選，可選用MATLAB SIMULINK內(nèi)置鋰電池模型）

2、電池全壽命過程中

（1）SOC估算精度4%；

（2）SOH估算精度8%；

（3）SOP估算精度4%；

3、 針對影響算法的芯片關(guān)鍵指標(biāo)（ADC采樣精度、采樣頻率、算法復(fù)雜度）），做出優(yōu)化

（1）提出假設(shè)

（2）找出瓶頸

（3）提出思路

（4）驗(yàn)證思路

評審得分點(diǎn)：

基礎(chǔ)分：

附加分：

參考文檔：

[1]陳翼星.鋰電池SOC估計(jì)算法研究[D].西南交通大學(xué),2018

[2]劉熹,李琳,劉海龍.動力型鋰電池SOC與SOH協(xié)同估計(jì)[J].太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報,2020,18(04):750-755

賽題二：高響應(yīng)性信號處理SoC架構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

選題背景

高性能數(shù)模混合控制芯片是工業(yè)4.0落地的一個重要基礎(chǔ)，大量的工業(yè)閉環(huán)控制，比如機(jī)械臂、滑軌、AGV等應(yīng)用，都需要芯片來實(shí)現(xiàn)高速精準(zhǔn)控制。

高性能數(shù)?；旌峡刂菩酒钠渲幸粋€難點(diǎn)，是如何對采集到的模擬信號進(jìn)行高效預(yù)處理。這里涉及到高響應(yīng)性信號處理SoC架構(gòu)的創(chuàng)新。下圖描述了工業(yè)級常見的處理架構(gòu)，以及存在的痛點(diǎn)。

這個競賽題目，希望同學(xué)們可以發(fā)揮創(chuàng)造力，解決這個痛點(diǎn)。

輸出要求：

1、完成架構(gòu)起草

2、輸出RTL代碼仿真報告

3、輸出FPGA原型機(jī)

4、輸出性能、資源評估報告

描述及要求：

1、基于Arm Cortex M0+、8051或者性能相當(dāng)?shù)腞ISC-V處理器內(nèi)核實(shí)現(xiàn)數(shù)模混合信號處理芯片

2、TMU運(yùn)算模塊建模，實(shí)現(xiàn)CORDIC算法加速，支持各類三角函數(shù)運(yùn)算

（1）硬件CORDIC加速（atan函數(shù)）的實(shí)現(xiàn)（性能/功耗/面積的考慮）

（2）TMU和ADC之間的數(shù)據(jù)通信（降低CPU的吞吐）

（3）TMU需要包含APB控制接口

3、 12bit 12MHz SAR ADC模塊建模，只要實(shí)現(xiàn)最簡單的尋址、握手、數(shù)據(jù)交互功能

ADC模塊包括（參考下圖）：

（1）ADC功能建模（模擬輸入（real變量）à數(shù)字輸出（寄存器變量）

（2）ADC時序建模（啟動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換—>轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)寫入寄存器—>輸出標(biāo)記或中斷）

（3）根據(jù)所選用的ADC架構(gòu)正確描述ADC的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間

（4）ADC模塊屬于APB總線上的IP，需要包含APB控制接口

4、拼接后的系統(tǒng)，要求能實(shí)現(xiàn)上圖“數(shù)據(jù)處理流程圖”的功能，抽象的計(jì)算通路如下：

為了鼓勵同學(xué)們探索更大的優(yōu)化空間，可參考如下典型算法流程圖A/B對架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。鼓勵同學(xué)們實(shí)現(xiàn)完整的PID算法。

5、針對延時、處理器效率、面積、可遷移性4點(diǎn)做優(yōu)化創(chuàng)新

（1）提出假設(shè)

（2）找出瓶頸

（3）提出思路

（4）驗(yàn)證思路

?

評審得分點(diǎn)

附：

【1】CORDIC. CORDIC（Coordinate Rotation Digital Computer）算法即坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算方法，是J.D.Volder1于1959年首次提出，主要用于三角函數(shù)、雙曲線、指數(shù)、對數(shù)的計(jì)算。. 該算法通過基本的加和移位運(yùn)算代替乘法運(yùn)算，使得矢量的旋轉(zhuǎn)和定向的計(jì)算不再需要三角函數(shù)、乘法、開方、反三角、指數(shù)等函數(shù)。

【2】LPF算法，可以參考公式Y(jié)(k) = Y(k-1) + LPF_Coefficient*(X(k) – Y(k-1))

?

參考文檔：

【1】CORDIC VLSI-IP for deep learning activation functions, github

https://github.com/srohit0/CORDIC

【2】Hesheng Wang, Digital PID control algorithm，Department of Automation, SJTU,2016

https://robotics.sjtu.edu.cn/upload/course/1/files/Chapter51.pdf

?

獎項(xiàng)設(shè)置：

一等獎2隊(duì)，獎金10,000元/隊(duì)；

二等獎4隊(duì)，獎金5,000元/隊(duì)

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賽題咨詢郵箱：

qa@geehy.com

極海半導(dǎo)體企業(yè)介紹

極海半導(dǎo)體是一家致力于開發(fā)工業(yè)級/車規(guī)級微控制器、高性能模擬芯片及系統(tǒng)級芯片的集成電路設(shè)計(jì)型企業(yè)，總部為納思達(dá)股份有限公司（“納思達(dá)”，002180.SZ）。下設(shè)多個研究中心，分別位于珠海、上海、鄭州、成都、鄭州、美國北卡羅來納等地。

極海團(tuán)隊(duì)擁有20年集成電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)能力，為客戶提供核心的、可靠的芯片產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確感應(yīng)、安全傳輸和實(shí)時控制，助力客戶在汽車、工業(yè)、新能源和消費(fèi)電子等領(lǐng)域拓展。2021年極海芯片銷量約5億顆。

中國研究生創(chuàng)"芯"大賽簡介

中國研究生創(chuàng)“芯”大賽由教育部學(xué)位管理與研究生教育司指導(dǎo)，中國學(xué)位與研究生教育學(xué)會、中國科協(xié)青少年科技中心主辦，清華海峽研究院作為秘書處。賽事作為中國研究生創(chuàng)新實(shí)踐系列賽事之一，服務(wù)于國家集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，旨在切實(shí)提高研究生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，促進(jìn)集成電路領(lǐng)域優(yōu)秀人才的培養(yǎng)，至今已成功舉辦四屆。第五屆大賽參賽作品共有集成電路設(shè)計(jì)、半導(dǎo)體器件與工藝、EDA算法與工具設(shè)計(jì)三大方向，另外還設(shè)有十余家企業(yè)命題并設(shè)立專項(xiàng)獎。大賽作為集成電路領(lǐng)域的專業(yè)賽事，匯聚了全國頂尖高校師生團(tuán)隊(duì)以及學(xué)業(yè)界各方資深嘉賓、評委，為參賽隊(duì)員們提供了一個絕佳的實(shí)踐機(jī)會與能力交流平臺，獲獎隊(duì)伍除了豐厚獎品外，更有MPW流片支持與企業(yè)人才應(yīng)聘機(jī)會！

承辦單位簡介

浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心坐落于美麗的錢塘江畔，分成建設(shè)區(qū)塊和啟動區(qū)塊進(jìn)行建設(shè)。

建設(shè)區(qū)塊位于杭州市蕭山科技城板塊，項(xiàng)目西接亞運(yùn)村，東連蕭山機(jī)場，整體規(guī)劃1200畝（含配套用地200畝），分三期建設(shè)。其中，一期項(xiàng)目亞運(yùn)會之前完工，規(guī)劃布局1個微納設(shè)計(jì)與制造公共技術(shù)平臺和若干個領(lǐng)域型產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺，新建微納超凈間實(shí)驗(yàn)室、超算中心、公共實(shí)驗(yàn)平臺、學(xué)科研究平臺、產(chǎn)業(yè)孵化中心等教學(xué)科研設(shè)施。

啟動區(qū)塊總面積10萬平方米，規(guī)劃建設(shè)卓越中心、研發(fā)中心、孵化中心、產(chǎn)業(yè)中心四大中心，謀劃建設(shè)三個研究院（先進(jìn)半導(dǎo)體研究院、生物與分子智造研究院、未來科學(xué)研究院）、若干創(chuàng)新工坊，同步搬遷建設(shè)浙江大學(xué)微納電子學(xué)院、網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院。

目前，微納電子學(xué)院已聘請國內(nèi)著名集成電路專家、中國工程院院士吳漢明擔(dān)任學(xué)院院長，并于2020年9月迎來第一批師生入駐。園區(qū)配套有食堂、公寓、健身房等各類設(shè)施，為高水平科學(xué)研究、高質(zhì)量成果轉(zhuǎn)化提供重要支撐。