Команда исследователей из ARM Inc. разработала 32-разрядный микропроцессор на гибкой основе, который, по утверждению компании, может открыть путь к полностью гибким интеллектуальным интегрированным системам. В своей статье, опубликованной в журнале Nature, группа описывает, как они использовали металлооксидные тонкопленочные транзисторы вместе с некоторым типом пластика для создания своего чипа, и намечает способы, которые, по их мнению, могут быть использованы.
Микропроцессоры используются в самых разных продуктах, но их объединяет их жесткость. Практически все они изготавливаются из кремниевых пластин, а это значит, что они должны быть твердыми и плоскими. Эта неспособность сгибаться, как утверждают исследователи с этой новой попыткой, препятствует разработке таких продуктов, как умная одежда, умные этикетки на пищевых продуктах, упаковке и даже бумажных изделиях. Чтобы удовлетворить эту потребность, команда создала то, что они называют PlasticARM - 32-разрядный микропроцессор на базе RISC-архитектуры, построенный на гибкой основе. Помимо гибкости, новая технология позволяет печатать микропроцессор на многих типах материалов при невысокой стоимости.
Чтобы создать гибкий микропроцессор, исследователи объединились с группой из PragmatIC Semiconductor для создания гибкой версии микропроцессора Cortex M0+, который был выбран из-за его простоты и небольшого размера. Чтобы создать свой чип (который включает в себя память ROM, RAM и межсоединения), команда использовала аморфный кремний, изготовленный (в виде металлооксидных тонкопленочных транзисторов) на гибких полимерах.
Архитектура и особенности PlasticARM: a) Архитектура системы на кристалле (SoC), показывающая внутреннюю структуру, процессор и системную периферию. Процессор содержит 32-битный Arm Cortex-M CPU и контроллер приоритетных векторных прерываний (NVIC) и подключен к своей памяти через внутрикристалльные межсоединения по протоколу(AHB-LITE). Наконец, интерфейс внешней шины предоставляет линии ввода-вывода общего назначения (GPIO) для связи вне кристалла с платформой тестирования. б) Характеристики CPU, используемого в PlasticARM, по сравнению с CPU Arm Cortex-M0+. Оба CPU полностью поддерживают архитектуру ARMv6-M с возможностями 32-битных адресов и данных, и в общей сложности 86 комманд из всего 16-битного альтернативного набора Thumb и подмножества 32-битного набора команд Thumb архитектуры. Микроархитектура CPU имеет двухуровневый конвейер. Регистры находятся в CPU в Cortex-M0+, но в PlasticARM регистры перемещаются в Latch-based RAM в SoC, чтобы сохранить область CPU Cortex-M. Наконец, оба CPU бинарно совместимы друг с другом и с другими CPU того же семейства архитектуры. c) Макет кристалла PlasticARM, обозначающий ключевые блоки в белых прямоугольниках, такие как процессор Cortex-M, ROM и RAM. d) Микрофотография кристалла PlasticARM, показывающая размеры области подложки и ядра. Фото: Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03625-w
В первой итерации своего PlasticARM исследователи поместили регистры, используемые блоком CPU, в зарезервированную часть RAM, и было использовано только 128 байт RAM. В результате микропроцессор можно было сгибать, но он не был ни эффективным, ни быстрым. Кроме того, у него не было никакой программируемой памяти. Но исследователи отмечают, что они только начинают. Они предполагают, что их работа на данный момент показала, что можно создавать жизнеспособные гибкие микропроцессоры, а это означает, что в конечном итоге их можно будет печатать на одежде и других носимых устройствах по очень низкой цене.
По их оценкам, в ближайшие десятилетия триллионы объектов будут оснащены вычислительной мощностью, включая чипы, которые могут сказать вам, кислое ли молоко, рубашки, которые могут измерять жидкости организма, которые будут обрабатываться вашим смартфоном, и этикетки, которые вы можете наклеить на свою кожу, чтобы предупредить окружающих о вашем настроении. Возможности будут ограничены только воображением.
Статья об исследовании опубликована в журнале Nature.
Источник: Tech Xplore
