长跑6年研发,能让饮料瓶智能化。
编译 |  高歌
编辑 |  心缘
芯东西7月23日消息,当地时间7月21日,Arm首款基于柔性塑料的32位微处理器PlasticARM刊登在了顶级学术期刊《自然》上。
PlasticARM由56340个NMOS(N型金属-氧化物-半导体)晶体管和电阻器组成,面积为59.2mm2,时钟频率最高可达29KHz,功耗仅为21mW。PlasticARM采用了薄膜晶体管(TFT),可以弯曲到曲率半径为3mm的程度。
这款微处理器由Arm投资的英国柔性IC制造厂商PragmatIC制造,采用FlexLogIC 200mm晶圆工艺,芯片制程为0.8μm,具有低成本大批量制造潜力。
本文福利:Arm首款基于柔性塑料的32位微处理器登上Nature的论文原文,可在公众号聊天栏回复关键词【芯东西154】可获取。
01.
长跑6年,
可用于物联网等低功耗场景
在过去的20年中,存储器、传感器、电池、发光二极管等都出现了低成本的柔性解决方案。但是微处理器方面,人们却只能将硅基微处理器管芯集成到柔性基板上,从而得到柔性化的微处理器。而这一方案,需要采用传统的芯片制造工艺,成本过高,远无法达到日常用品智能化的要求。
根据论文,PlasticARM并非要取代传统的硅基芯片,但它可以真正地让饮料瓶、食品包装、服装、绷带、可穿戴设备等日常用品实现智能化。
▲Arm时任CTO Mike Muller在展示塑料芯片样品
基于此,Arm早在2015年就透露了基于Cortex M0的塑料片上系统(SoC)研发计划。在11月24日的Arm TechCon上,时任Arm CTO的Mike Muller展示了塑料芯片样品,他还暗示这种设计可以应用到物联网等低功耗应用场景中。
在活动中,Mike Muller与PragmatIC的首席执行官Scott White进行了电话交流。但当时PragmatIC还在忙于开发一个模拟组件库,其时间表并不明确。
时间流转到今日,长跑6年的柔性塑料微处理器终于正式发表,这是否又意味着全智能化时代的步伐正在临近呢?
02.
采用0.8μm工艺,逻辑门超18000个
PlasticARM采用了PragmatIC的0.8μm工艺,在其位于英国塞奇菲尔德的“fab-in-a-box”晶圆厂中制造。
研究人员称,PlasticARM拥有超过18000个逻辑门,比之前的柔性集成电路高12倍,是迄今为止最复杂的柔性集成电路。而在PlasticARM的基础上,人们可以构建低成本、可弯曲的智能集成系统,实现真正的“万物互联”。
PlasticARM也不完美。据悉,Arm正在开发低功耗单元库,可支持多达10万门的塑料设计,以解决柔性塑料的散热问题。但是PragmatIC的NMOS技术可能无法实现10万门的迁移,需要采用CMOS技术,而这可能还要花费数年的时间。
尽管如此,研究人员预计,未来十年,PlasticARM将把超过1万亿个产品集成到数字世界中,为生活、科研、商业等多个维度带来改革契机。
03.
采用薄膜晶体管,成本较低、可弯曲
相比当今常用的金属氧化物半导体场效应管(MOSFET),Arm采用了薄膜晶体管(TFT),其在厚度、整合性和制造成本上都有着显著优势。
在制造工艺上,研究人员选择了柔性电子制造技术,该技术也被称为天然柔性加工引擎(natively flexible processing engine)。采用了这一技术制造的金属氧化物薄膜晶体管成本较低,尺寸也符合大规模集成的要求。
▲配有I/O的柔性Arm Cortex-M SoC
值得一提的是,PlasticARM相比最近发布的柔性机器学习硬件,通用程度更高,还支持丰富的指令集,可以用于编写机器学习等各类应用程序。
PlasticARM主要分为3个层次,分别是32位CPU;包含CPU和CPU外设的32位处理器;以及包含处理器、存储器和总线接口的片上系统(SoC),SoC也就是PlasticARM。
其CPU为支持Armv6-M架构的Arm Cortex-M CPU。和Cortex-M0+有所不同的是,为了节省CPU面积,Cortex-M CPU的寄存器被安置到了随机存取存储器RAM中。而且两个CPU彼此二进制兼容,还与同一架构系列下的其他CPU兼容。
由于该SoC与Arm Cortex-M类处理器兼容,因此它可以搭载现有的软件/工具,无需建设新的软件工具生态。
处理器由CPU和与CPU紧密耦合的内嵌向量中断控制器(NVIC)组成,用于处理来自外部设备的中断。
除了32位处理器,SoC还有存储器(ROM/RAM)、AHB-LITE互连结构和逻辑接口、总线接口等部分。
▲PlasticARM结构(左)与2款CPU对比(右)
04.
结语:PlasticARM或成“万物智联”基础
随着PlasticARM的问世,可穿戴设备、电子皮肤等或将迎来新的发育机会。虽然其制程较硅基芯片较低,但是PlasticARM低成本、低功耗、可使用现有软件工具的特性,或许能够成为很多行业突破的良机。
虽然PlasticARM还没有实现商业化,但展望未来“万物智联”时代,今天将会是一个重要的节点。
本文福利:Arm首款基于柔性塑料的32位微处理器登上Nature的论文原文,可在公众号聊天栏回复关键词【芯东西154】可获取。
来源:《自然》、eeNews Europe
资料推荐

继续阅读
阅读原文