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Arm为物联网开发PlasticARM一种可弯曲微处理器

字号+ 作者:May 来源:stpi.narl 2021-07-28 11:01

该芯片是与柔性电子产品制造商 PragmatIC 合作设计的,该研究成果发表于 Nature 上所说明的,它还没有与基于硅的设计相同的功能


 
 
Arm 推出了一种名为 PlasticARM 的新型 TFT 微处理器原型,被称为迄今为止最复杂的可弯曲芯片(flexible chip)。
 
PlasticARM 结合金属氧化物薄膜晶体管和柔性聚酰亚胺,制成全软性 32 位可弯曲微处理器,使用等效 800 nm TFT 制程,包含一个 32 位 Cortex-M0 CPU(Arm 的 Cortex-M 系列中最便宜和最简单的处理器内核),以及 456 bytes 的 ROM 和 128 bytes 的 RAM。它由超过 18,000 个逻辑闸组成。
 
PlasticARM 原型 32 位微处理器源自支持 Armv6-M 架构的 Arm Cortex-M0+ 处理器 19(一套丰富的 80 多条指令)和用于软件开发的现有工具链(例如,编译程序、调试器、链接器、集成开发环境等)。整个原生灵活的 SoC 称为 PlasticARM,能够从其内部存储器运行程序。PlasticARM 包含 18,334 个 NAND2 等效门,这使其成为在柔性基板上使用金属氧化物 TFT 构建的最复杂的 FlexIC(至少比以前的集成电路复杂 12 倍)。
 
该芯片是与柔性电子产品制造商 PragmatIC 合作设计的,该研究成果发表于 Nature 上所说明的,它还没有与基于硅的设计相同的功能。例如,它只能在制造过程中运行硬联机到其电路中的三个测试程序,尽管 Arm 的研究人员表示他们正在开发未来版本将安装上新代码。
 
PlasticARM 运行的系统和应用程序都保存在 456bytes 的 ROM 内存,与处理器分开。目前 ROM 无法更新,但研究团队希望下一代产品改进。所有关键零组件包括处理器、RAM、ROM 连结均使用非晶硅制成,都以柔性聚合物为主。
 
Arm 宣称 PlasticARM 芯片不是最快或最高效的,但它是最灵活的组件。在这种情况下,金属氧化物薄膜晶体管或 TFT 与基于脆性硅基板的处理器不同,这些可以打印在弯曲和弯曲而不会降解的表面上,同时这使得在塑料和纸张等廉价材料上进行处理器打印成为可能。也就是,PlasticARM 加工成本比在硅芯片上制造的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)低得多。
 
至于频率方面,该研究论文指出,Plastic M0 在 3V 输入下的运行频率约为 20-29 kHz;在 Arms 自己的设计文档中,针对功率而非频率进行优化的 180nm 超低泄漏制程上的 M0 可以在 50 MHz 下运行。那是 1600-2500 倍的频率差异。
 
不过,基于塑料的处理器有很大的缺点,短期内肯定不会取代硅处理器。它们在能耗、密度和性能方面的效率太低了。例如,PlasticARM 消耗 21 毫瓦的功率,但其中 99% 基本上被浪费了,只有 1% 被捕获用于计算。芯片也比较大,面积为 59.2 平方毫米。
 
在过去的 20 年中,柔性电子产品已经发展到提供成熟的低成本、薄型、柔性和适应性强的设备,包括传感器、内存、电池、发光二极管、能量收集器、近场通信/射频识别和印刷电路比如天线。但这些基本电子组件,缺少的部分是灵活及柔性的微处理器,甚至缺少在柔性基板上整合相对大量的 TFT 以执行任何有意义的计算。然而,Arm 初期目标似乎将它放在蔬菜跟踪保质期及日用品物联网用途。







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