Arm研究人员成功制作出非硅基柔性32位元芯片

Arm以及PragmatIC半导体创业公司研究人员合作,发布了弹性32位元微处理器PlasticARM,该微处理器在柔性基板上,采用金属氧化物薄膜晶体技术开发而成,官方提到,该微处理器使用的技术,与主流半导体行业不同,不仅超薄而且成本低廉,能够嵌入到许多日常用品中,完成过去无法实现的应用。

与传统的半导体设备不同,柔性电子设备构建在塑胶、纸张和金属薄膜上,并且使用有机物、金属氧化物或非晶硅等薄膜半导体材料制作而成,虽然薄膜晶体管(Thin-film transistors,TFTs)可以在柔性基板上制造,其加工成本比金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFETs)低得多,但是官方提到,TFT技术并不是要取代硅,硅材料在性能、密度和功率方面有其优势,但是TFT却可以让电子产品以更新颖的外形,以及硅无法达到的低成本等优点,在潜在广大的领域中应用。

目前已经有许多智能设备嵌入了使用传统硅技术所打造的处理器,除了计算机和服务器之外,还包括汽车、路由器和手机等,但是却没办法进一步嵌入到包括牛奶瓶、食品包装、衣服和绷带等日常用品,限制这些日常用品智能化,除了成本是阻碍此进展的一大原因外,硅芯片本身厚度并不薄,也无法柔韧地贴合在物品表面,而柔性芯片提供了解决这些问题的理想特性。

过去20年来,不少柔性电子产品已经发展成熟,已经可以低成本生产,外形薄且有弹性,可以适用于各种设备上,包括传感器、电池和天线等,不过却缺少关键的柔性处理器,研究人员解释,之所以目前尚未存在柔性处理器的原因,是因为要能执行有意义的计算,需要在柔性基板上,集成相对大量的TFT,而这需要一定技术成熟度才能够完成。

之前也有一些研究,尝试在柔性基板上建造基于硅的微处理器芯片,但是该方法仍然依赖传统高成本的制造工艺,因此并非一个长久且能够普及的解法,直到现在,研究人员使用柔性电子制造技术,原生地开发微处理器,在聚酰亚胺的基板上,使用金属氧化物TFT构建而成,金属氧化物TFT成本低廉,而且可以缩小到更小的几何形状。

PlasticARM是基于Cortex-MO处理器的32位元芯片,支持Armv6-M架构,可以使用既有的软件工具链,包括编译器、调试器和IDE等。PlasticARM非常节省电力,每小时仅消耗21毫瓦,这相当于只要一个邮票大小的太阳能电池,就能产生的电力,在未来也能以无线充电供电。

这项研究的贡献在于,PlasticARM是当前使用金属氧化物TFT,所开发出最复杂的柔性集成电路,拥有超过18,000逻辑门,是之前最先进研究的12倍,研究人员希望借由PlasticARM的技术潜力,在未来十年内,实现万物联网的目标。