基於柔性基板的非矽處理器將開拓物聯網的可能性, Arm 談 PlasticARM 在物聯網帶來的彈性

2021.08.17 01:37PM

Arm 架構在物聯網的發展佔有相當高的重要性,不過當前主流的半導體處理器產品多以矽作為原物料,用於物聯網除了成本以外,其物理特性在特定的物聯網應用也不適用, Arm 於 7 月底在 Nature 期刊發表了一篇文章,講述基於柔性電子的非矽微處理器 PlasticARM 與其應用在物聯網的未來性。

完整內容可見發表於 Nature 期刊的原文:A natively flexible 32-bit Arm microprocessor

不同於智慧手機所使用的高效能 Arm 架構,為了物聯網應用開發的 PlasticARM 是基於 Armv6 32 位元指令集的 RISC 架構微處理器,最大的特色是透過金屬氧化物薄膜晶體與 PlasticARM 軟性基板的結合,呈現超薄、低成本、容易量產以及能與諸多日常用品整合的可能性。

PlasticARM 當前的發展目的並非取代矽晶體產品,而是利用柔性基板技術使處理器的形式有更多的可能性;在文章中提到,雖然矽晶體微處理器已經可以做到相當小巧,但在一些應用領域如瓶罐、食品包裝、服裝、貼片、繃帶等仍不是那麼合適,矽材料的成本是最重要的關鍵,另一方面矽晶片也無法做出極薄、柔軟與貼合等特色。

柔性電子技術也不是甚麼新穎的概念,在過去 20 年以來已經廣泛用於排線、天線、電池、 LED 等領域,但多半用於較為簡單的電子應用,以往的技術仍無法在柔性基板材料建構功能完整的微處理器,目前的折衷方式則是先以薄矽製程建構處理器之後再整合到軟性基板,但仍解決不了矽製程高成本的問題。

照片中提到了SoC、Features、Cortex-MO+ CPU,包含了塑料臂、微處理器、ARM架構、32位計算、中央處理器

▲ PlasticARM 使用 TFT 製程,在柔性基板建構功能完整的類 Cortex-M0+ SoC

而 PlasticARM 的出現改變了這樣的概念, PlasticARM 透過金屬氧化物的 TFT 方式將完整的處理器建構在柔性電路基板上,在歷經 8 位元架構邏輯 IC 的開發等歷程,最終完成 PlasticARM 的開發。 PlasticARM 包括 32 位元的 CPU 主體、包括 CPU 與 CPU 周邊的 32 位元處理器以及整合處理器、儲存與 I/O 的 SoC ,是具完整處理器功能的產品,而非僅有包括處理器的一部分。

PlasticARM 採用柔性電子業界標準的 0.8-μm 工藝,核心設計基於 Armv6-M 指令集,相近於 Arm Cortex-M0+ 的變種,可支援達 80 道以上的指令,已經是具備相當高效能的物聯網微處理器,不過與矽製程的 Cortex-M0+ 相比,在設計上仍因應柔性電路有些許變動,如原本位於 CPU 架構內的快取被挪動 SoC 整合的 RAM ,使 CPU 的面積相較 Cortex-M0+ 縮減約 3 倍,這是因應柔性電路設計當中盡可能使 SoC 內的架構更平均分散,使其容易分布在軟性基板上。

雖然 PlasticARM 目前仍只是個開始,不過卻有望使物聯網應用進入全新的規模化,透過 PlasticARM 的低成本與柔性電路的應用靈活性,可使萬物互聯的願景進一步實現,許多日常用品也能藉助 PlasticARM 技術整合物聯網功能,無論是作為感測、資料蒐集等,皆可使物聯網的範圍進一步擴大。

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