Arm塑料芯片板性质:0.8μ m 首款柔性原生32位微处理器

2021-07-23 17:23

当地时间7月21日7月23日，第一款基于柔性塑料的32位微处理器Plastic Arm在顶级学术期刊《自然》上发表。

PlasticARM由56，340个NMOS(N型金属氧化物半导体)晶体管和电阻组成，面积为59.2mm2，时钟频率高达29KHz，功耗仅为21mW。PlasticARM采用薄膜晶体管(TFT)，可以弯曲到3毫米的曲率半径。

该微处理器由Arm投资的英国柔性集成电路制造商务实制造。它采用FlexLogIC 200mm晶圆工艺，其芯片工艺为0.8m，具有低成本大批量制造的潜力。

01. 长跑 6 年，可用于物联网等低功耗场景

在过去的20年里，低成本的柔性解决方案出现在内存、传感器、电池、发光二极管等领域。然而，在微处理器方面，人们只能将硅基微处理器芯片集成在柔性衬底上，从而获得柔性微处理器。但是这种方案需要采用传统的芯片制造工艺，成本太高，远远不能满足日常生活用品的智能化要求。

论文认为，PlasticARM不是要取代传统的硅基芯片，而是真正能让饮料瓶、食品包装、服装、绷带、可穿戴设备等日常生活用品智能化。

当时ARM的CTO迈克穆勒正在展示塑料芯片的样品

基于此，Arm早在2015年就公开了基于Cortex M0的塑料SoC研发计划。11月24日，在Arm TechCon上，时任Arm CTO的迈克穆勒展示了塑料芯片的样品。他还建议，这种设计可以应用于物联网等低功耗应用。

活动期间，迈克穆勒与务实公司首席执行官斯科特怀特进行了电话交谈。然而，当时的语用学还在忙于开发一个仿真构件库，其时间表并不明确。

现在时间过去了，运行了6年的柔性塑料微处理器终于正式发布了。这是否意味着全智能时代的步伐正在逼近？

PlasticARM在其位于英国塞奇菲尔德的盒中工厂制造，采用了0.8m的实用工艺。

据研究人员介绍，PlasticARM拥有超过18000个逻辑门，比之前的柔性集成电路高出12倍，是迄今为止最复杂的柔性集成电路。在PlasticARM的基础上，人们可以构建一个低成本、灵活的智能集成系统，实现真正的“万物互联”。

PlasticARM也不是完美的。据报道，Arm正在开发一个低功耗单元库，可支持多达10万种塑料设计，以解决柔性塑料的散热问题。然而，务实的NMOS技术可能无法实现10万门的迁移，需要CMOS技术，这可能需要几年的时间。

尽管如此，研究人员预测，在未来十年，PlasticARM将把超过1万亿个产品整合到数字世界中，这将在生活、科研和商业等多个维度带来改革的机会。

采用薄膜晶体管(TFT)，在厚度、集成度和制造成本上具有明显优势。

在制造技术方面，研究人员选择了柔性电子制造技术，也称为自然柔性加工引擎。采用该技术制造的金属氧化物薄膜晶体管成本较低，尺寸满足大规模集成的要求。

带输入输出的柔性臂皮质-M SoC

值得一提的是，PlasticARM比最近发布的灵活的机器学习硬件更加通用，还支持丰富的指令集，可以用来编写机器学习等各种应用。

PlasticARM主要分为三个级别，分别是32位CPU；32位处理器，包括CPU和CPU外设；而片上系统(SoC)包括处理器、内存和总线接口，也叫PlasticARM。

而它的CPU是支持Armv6-M架构的Arm Cortex-M CPU。与Cortex-M0不同，为了节省CPU面积，Cortex-M CPU寄存器被放置在随机存取存储器RAM中。并且两个CPU是二进制兼容的，也兼容同架构系列下的其他CPU。

由于SoC与Arm Cortex-M处理器兼容，因此无需构建新的软件工具生态系统，即可配备现有软件/工具。

处理器由一个中央处理器和一个与中央处理器紧密耦合的嵌入式矢量中断控制器(NVIC)组成，用于处理来自外部设备的中断。

除了32位处理器，SoC还包括内存(ROM/RAM)、AHB-LITE互连结构和逻辑接口、总线接口等。

PlasticARM结构(左)与两个CPU(右)对比

随着PlasticARM的问世，可穿戴设备和电子皮肤将迎来新的发展机遇。虽然其制造工艺低于硅基芯片，但PlasticARM的低成本、低功耗和使用现有软件工具的能力可能会成为许多行业突破的好机会。

尽管PlasticARM尚未商业化，但它将是未来“万物智能”时代的重要节点。