Гибкая электроника подразумевает устройства, которые можно гнуть, сворачивать и т.д. В зависимости от плотности расположения компонентов производители могут устанавливать их на гибкие PCB, также и гибкие шлейфы с проводящими дорожками встречаются повсеместно. Даже гибкие чипы - не новость, но ARM выносит их на новый уровень с концептом PlasticArm.
В некоторых сферах нельзя использовать плоские микросхемы, тогда чипы разделяются на несколько областей, которые соединяются гибким полимером. При этом пространства требуется намного больше, чем в случае цельного чипа с такими же функциями, поэтому вариант не лучший.
Исследователи давно работают над полупроводниками, которые можно получать на гибких подложках. Но имеющиеся материалы пока не дают необходимых свойств. Хороший вариант - аморфный кремний, который используется для гибких дисплеев. Его свойства досконально исследованы, да и цена невысокая. Но аморфный кремний не может дать нужные характеристики производительности, эффективности и плотности расположения компонентов, в отличие от кристаллического кремния. По крайней мере, ранее.
В итоге был выбран материал IGZO (индий галлий цинк оксид) с типом N (IGZO-TFT) на подложке из полиамида. Производство выполняется по техпроцессу FlexIC 800 nm. Что приводит к значительному размеру чипа, как мы увидим далее.
Вместе с PragmatIC Semiconductor разработчик ARM уже давно занимался исследованиями материалов, что и привело к созданию PlasticArm. Данный чип Cortex M0+ представляет собой 32-битный процессор (ARMv6-M) с довольно простым набором функций. Дизайн оптимизирован под низкое энергопотребление, он разрабатывался как встраиваемый IP для крупных SoC. Первый чип был произведен 27 октября 2020.
PlasticArm оснащен всего 128 байт оперативной памяти. В оперативной памяти располагаются и регистры. Есть и ПЗУ на 456 байт, из которого ядро M0+ может только считывать информацию. Логика чипа занимает 7,856 x 7,536 мм (59,2 мм²), размеры корпусировки составляют 9 x 9 мм.
Процессор, то есть ядро M0+, ОЗУ, ПЗУ и соединения изготовлены из аморфного кремния, который является гибким по своей природе. Урезанная функциональность как раз вписывается в ограничения используемого материала. Процессор работает на частоте всего 29 кГц (да, килогерц) и потребляет 20 мВт. В обычных дизайнах ядра M0+ работают на нескольких мегагерцах, при этом потребляют считанные микроватты. Что тоже наглядно показывает ограничения амфорного кремния. Но с 18.000 затворами ядро M0+ в PlasticArm существенно сложнее всего, что разрабатывалось под гибкий дизайн ранее.
Следующий шаг заключается в снижении энергопотребления PlasticArm. В теории сложность можно увеличить до 100.000 затворов. Так что здесь можно ожидать прогресса шаг за шагом. Сферы применения гибких процессоров пока не совсем понятны. Вполне возможно использование в одежде и носимых устройствах. Впрочем, после выхода технологии на рынок будут видны и возможные сферы использования.
Подписывайтесь на группы Hardwareluxx ВКонтакте и Facebook, а также на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).