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Arm為物聯網開發PlasticARM一種可彎曲微處理器

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科技產業資訊室 (iKnow) - May 發表於 2021年7月27日

圖、PlasticARM 架構和特性
 
Arm 推出了一種名為 PlasticARM 的新型 TFT 微處理器原型,被稱為迄今為止最複雜的可彎曲晶片(flexible chip)。

PlasticARM 結合金屬氧化物薄膜電晶體和柔性聚醯亞胺,製成全軟性 32 位元可彎曲微處理器,使用等效 800 nm TFT 製程,包含一個 32 位元 Cortex-M0 CPU(Arm 的 Cortex-M 系列中最便宜和最簡單的處理器內核),以及 456 bytes 的 ROM 和 128 bytes 的 RAM。它由超過 18,000 個邏輯閘組成。
 
PlasticARM 原型 32 位元微處理器源自支持 Armv6-M 架構的 Arm Cortex-M0+ 處理器 19(一套豐富的 80 多條指令)和用於軟件開發的現有工具鏈(例如,編譯器、調試器、鏈接器、集成開發環境等)。整個原生靈活的 SoC 稱為 PlasticARM,能夠從其內部存儲器運行程序。PlasticARM 包含 18,334 個 NAND2 等效門,這使其成為在柔性基板上使用金屬氧化物 TFT 構建的最複雜的 FlexIC(至少比以前的集成電路複雜 12 倍)。

該晶片是與柔性電子產品製造商 PragmatIC 合作設計的,該研究成果發表於 Nature 上所說明的,它還沒有與基於矽的設計相同的功能。例如,它只能在製造過程中運行硬連線到其電路中的三個測試程序,儘管 Arm 的研究人員表示他們正在開發未來版本將安裝上新代碼。

PlasticARM 運行的系統和應用程序都保存在 456bytes 的 ROM 記憶體,與處理器分開。目前 ROM 無法更新,但研究團隊希望下一代產品改進。所有關鍵零組件包括處理器、RAM、ROM 連結均使用非晶矽製成,都以柔性聚合物為主。

Arm 宣稱 PlasticARM 晶片不是最快或最高效的,但它是最靈活的組件。在這種情況下,金屬氧化物薄膜電晶體或 TFT 與基於脆性矽基板的處理器不同,這些可以列印在彎曲和彎曲而不會降解的表面上,同時這使得在塑料和紙張等廉價材料上進行處理器列印成為可能。也就是,PlasticARM 加工成本比在矽晶片上製造的金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)低得多。

至於頻率方面,該研究論文指出,Plastic M0 在 3V 輸入下的運行頻率約為 20-29 kHz;在 Arms 自己的設計文檔中,針對功率而非頻率進行優化的 180nm 超低洩漏製程上的 M0 可以在 50 MHz 下運行。那是 1600-2500 倍的頻率差異。

不過,基於塑料的處理器有很大的缺點,短期內肯定不會取代矽處理器。它們在能耗、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% 基本上被浪費了,只有 1% 被捕獲用於計算。晶片也比較大,面積為 59.2 平方毫米。

在過去的 20 年中,柔性電子產品已經發展到提供成熟的低成本、薄型、柔性和適應性強的設備,包括感測器、記憶體、電池、發光二極管、能量收集器、近場通信/射頻識別和印刷電路比如天線。但這些基本電子元件,缺少的部分是靈活及柔性的微處理器,甚至缺少在柔性基板上整合相對大量的 TFT 以執行任何有意義的計算。然而,Arm 初期目標似乎將它放在蔬菜跟踪保質期及日用品物聯網用途。(688字;圖1)


參考資料:
A natively flexible 32-bit Arm microprocessor. Nature, Published: 21 July 2021
PlasticArm: Get Your Next CPU, Made Without Silicon. AnandTech, 2021/7/22.



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