شاشات قابلة للطي تتقدم بسرعة. الآن المعالجات الدقيقة تنحني أيضًا.

شهد سوق الشاشات القابلة للطي بعض التطورات الكبيرة خلال السنوات القليلة الماضية، حيث أصبحت النسخ الاستهلاكية الأولى متاحة الآن. ساعدت هذه الأجهزة المرنة في تغيير القدرات وطريقة استخدام الناس لأجهزتهم الإلكترونية. الآن، حان الوقت للمعالجات الدقيقة المرنة لتدخل في هذا المجال. إليك ما تحتاج إلى معرفته حول هذه الأجهزة المبتكرة وكيف يمكنها إعادة تشكيل سوق الإلكترونيات في المستقبل.

أشباه الموصلات

تم اختراع أشباه الموصلات لأول مرة في منتصف القرن التاسع عشر ومنذ ذلك الحين أصبحت عنصرًا حيويًا في الديودات والترانزستورات والدوائر المتكاملة اليوم. يمكن تصنيع هذه الأجهزة بطرق متنوعة وتستخدم عدة مواد أساسية بما في ذلك السيليكون، الجرمانيوم، والزرنيخ الغاليوم. تُعد أشباه الموصلات أيضًا حجر الأساس للتقنيات المتقدمة اليوم، بما في ذلك الحوسبة الكمومية، الذكاء الاصطناعي، والحوسبة الطرفية.

نظرًا للدور الحيوي الذي تلعبه أشباه الموصلات في الإلكترونيات الحديثة، ليس من المفاجئ أن نعلم أنه تم بذل جهد كبير لتحسين الشكل والقدرات ومتطلبات استهلاك الطاقة لهذه الأجهزة. أحد الأحداث التي شهدت مؤخرًا حماسًا كبيرًا من الصناعة هو تقديم سلسلة شرائح Flex-RV من Pragmatic Semiconductor.

Flex-RV

Flex-RV هو أحد أول المنتجات التي أطلقتها FlexIC Foundry. هذه الوحدات هي أول معالجات دقيقة مرنة 32‑بت منخفضة التكلفة تصبح متاحة تجاريًا. توفر مجموعة من الفوائد التي قد تُرى يومًا ما في مجموعة هائلة من الأجهزة الذكية على مستوى العالم. يمكن للأجهزة الذكية، على وجه الخصوص، العمل على معالجات دقيقة ذات ترددات ساعة منخفضة، مما يجعلها قطاعًا مثاليًا لتكامل Flex-RV.

المصدر – Pragmatic Semiconductor Flexible Microprocessor

دراسة المعالجات الدقيقة المرنة

تم الكشف عن Flex-RV في دراسة حديثة نُشرت في Nature Journal تتناول مفهوم المعالج الدقيق المرن، وكيفية عمله، وتطبيقاته، وأدائه العام. توضح التقرير أن Flex-RV يستخدم معالجًا دقيقًا 32‑بت قائمًا على تصميم مفتوح RISC‑V، مما يتيح المزيد من الابتكار دون قيود من قبل الشركات المصنعة.

ومن الجدير بالذكر أن المعالج القابل للبرمجة يمكنه تنفيذ برامج مكتوبة بعدة لغات عالية المستوى، مما يقلل من مخاوف التهيئة والتوافق. تتعمق الدراسة في عرض وظائف المعالج الدقيق تحت الظروف العادية والمطوية. كأول معالج RISC‑V غير سيليكوني قابل للانحناء، كان الباحثون متحمسين لاختبار قدرات المعالج 32‑بت.

قدرات التعلم الآلي

أحد أكثر الجوانب تميزًا في البحث وتصميم الشريحة الجديدة كان تضمين قدرات التعلم الآلي (ML). نجح المهندسون في دمج مسرّع عتادي قابل للبرمجة للتعلم الآلي داخل الجهاز. على وجه التحديد، استخدم الفريق ترانزستورات طبقة رقيقة من أكسيد الإنديوم والغالينيوم والزنك (IGZO) لدعم محرك SIMD (تعليمات واحدة متعددة البيانات) المملوك. يلعب هذا المحرك دورًا مهمًا في عمليات ضرب المصفوفات والمعالجة اللاحقة.

اختبار المعالجات الدقيقة المرنة

بدأ المهندسون اختبار أجهزتهم التي استخدمت ترانزستورات طبقة رقيقة من أكسيد الإنديوم والغالينيوم والزنك على ركيزة بولي إيميد مرنة. ومن الجدير بالذكر أن المعالج القابل للانحناء كان بسماكة 30 µm. بدأت العملية بتثبيت المعالج على لوحة PCB مرنة فائقة الرقة بسماكة 45 µm. لإنجاز هذه المهمة، اضطر المهندسون إلى إنشاء طريقة تصنيع جديدة تُسمى الطباعة فوق الحافة (OEP).

تم تصميم الشريحة لتعمل كنظام على شريحة (SOC) حول معالج Serv CPU. ومن الجدير بالذكر أن Serv CPU يختلف عن المعالجات التقليدية في أن معالجه 32‑بت ينفذ الأوامر بتًا بتًا. يقلل هذا النهج من طلبات العتاد الحوسبي. كما يوفر تعقيد تصميم منخفض، مما يقلل من تكاليف التصنيع والتكامل.

قام الباحثون بربط معالج Server CPU مع المعالج القابل للانحناء. بالإضافة إلى ذلك، دمجوا ملف سجلات (RF)، مفتاح تصحيح الأخطاء، مفتاح متعدد القنوات، كتلة ذاكرة RAM على الشريحة، محكم، واجهة ذاكرة وصول عشوائي (RAM)، وواجهة إدخال/إخراج عامة (GPIO). استلزم هذا النهج أن تستخدم الشريحة ذاكرة خارج الشريحة للوصول إلى الشيفرة. وبالتالي، كان هناك حاجة إلى واجهة تسلسلية مخصصة (SPI).

نتائج المعالجات الدقيقة المرنة

أظهرت نتائج الاختبار تشغيلًا ناجحًا للمعالج الدقيق المرن. تم تردد Flex-RV المركب على FlexPCB بسرعة 60 kHz. لم تتأثر هذه الأداء بانحناء المعالج حتى منحنى +5 mm، وهو تحسين هائل مقارنة بشرائح اليوم الهشة.

قامت الفريق بعد ذلك بتسجيل استهلاك الطاقة أثناء تشغيل برامج الاختبار. كانوا متحمسين لرؤية أن المعالج الدقيق المرن يمكنه تقديم الأداء المطلوب مع استهلاك أقل من 6 mW من الطاقة. على وجه التحديد، كان هناك اختلاف في الأداء بنسبة 4.3٪ فقط مقارنةً بالشرائح التقليدية في المتوسط. تُظهر هذه النتائج الإمكانات الضخمة التي يحملها مجموعة شرائح Flex‑RV.

فوائد المعالجات الدقيقة المرنة

هناك عدة أسباب تجعل المعالجات الدقيقة المرنة هي المستقبل. أولاً، يمكنها دمقرطة الوصول إلى الحوسبة. تكلفتها المنخفضة للغاية وسهولة تصنيعها ستحسن التكامل وتمكن المطورين من جعل المزيد من الأشياء ذكية دون زيادة التكاليف. وبالتالي، سيبدأ أولئك الذين لم يتمكنوا سابقًا من الاستفادة من التقنية الذكية في الحصول على هذه الأنظمة بسرعة.

تكلفة منخفضة للغاية

عند مقارنته بأفضل مصانع الشرائح اليوم، يوفر المعالجة القابلة للانحناء للمصنعين والمستهلكين على حد سواء. عملية التصنيع بأقل من دولار أقل بكثير من استخدام السيليكون. تعتمد الكثير من تكلفة تصنيع شرائح السيليكون اليوم على الحاجة إلى وضع الأجهزة في مواقع محددة. يمكن أن يساعد استخدام المعالجات الدقيقة المرنة منخفضة التكلفة في تقليل الاعتماد على هذه المصانع السيليكونية المكلفة وغالبًا ما تكون متقدمة، مما يعزز توفير التكاليف.

المصدر المفتوح

سبب رئيسي آخر يجعل Flex‑RV مغيرًا للعبة هو أنه مفتوح المصدر. توفر مشاريع المصدر المفتوح مزايا متعددة. أولاً، تساعد على دفع الابتكار حيث يمكن لأي شخص التفاعل والبناء على ميزاتها. بالإضافة إلى ذلك، تقلل التكاليف لأنه لا حاجة لدفع رسوم الترخيص التي تقيد الابتكار. وبالتالي، يمكن لـ Flex‑RV المنافسة مع مزودي الملكية مثل x86 من Intel و AMD، و ARMvX من Arm.

متين

المتانة هي ميزة إضافية لا يمكن تجاهلها. شرائح السيليكون اليوم هشة وحساسة جدًا للظروف البيئية. طبيعتها غير القابلة للانحناء تعني أنها مخصصة لتناسب كل سيناريو استخدام. هذا التخصيص يمكن أن يقلل أيضًا من المتانة. إن القضاء على تغليف الشريحة الصلب الذي تستخدمه لوحات السيليكون يمنح المطورين القدرة على إنشاء شرائح أكثر فائدة ومتانة.

متطلبات طاقة منخفضة

توفر مجموعة شرائح Flex‑RV أداءً معقولًا مع متطلبات استهلاك طاقة قليلة. ومن الجدير بالذكر أن شريحة Flex‑RV يمكنها العمل عند 60 kHz مع استهلاك حوالي 6 mW فقط من الطاقة. يؤدي هذا الاستهلاك المنخفض للطاقة إلى بصمة كربونية أصغر، وانخفاض حرارة الانبعاث، وأضرار أقل للبيئة.

دورة زمنية سريعة

ميزة رئيسية أخرى تجلبها شرائح Flex‑RV الجديدة إلى السوق هي دورة زمنية سريعة. تتطلب مواد أقل وعملية تصنيع أقل تعقيدًا. وبالتالي، يمكن إنشاء هذه الشرائح في وقت أقصر ومع تكاليف هندسية غير متكررة.

تحفيز الابتكار

ربما أحد أكبر عوامل الجذب لتقنية المعالجات الدقيقة المرنة الجديدة هو أنها ستفتح عصرًا جديدًا من الابتكار. ستمكن هذه المعالجات منخفضة التكلفة المهندسين من جعل المزيد من الأشياء ذكية، مما يحسن الترابط والفائدة للمستهلكين. كما ستؤدي إلى مزيد من التماسك بين التعليم والبحث الأكاديمي والصناعي.

الباحثون

Pragmatic Semiconductor هي الشركة وراء البحث الرائد في المعالجات الدقيقة المرنة. على وجه التحديد، كان Emre Ozer، مدير أول لتطوير المعالجات في Pragmatic، الباحث الرئيسي للمشروع. شمل الدراسة أيضًا دعم خبراء الأجهزة والبرمجيات، بما في ذلك Qamcom. بالإضافة إلى ذلك، شارك مهندسو جامعة هارفارد.

الشركات التي يمكنها دمج المعالجات الدقيقة المرنة والازدهار

هناك عدة شركات يمكنها دمج هذه التقنية وتحسين منتجاتها. تعتمد هذه الشركات حاليًا على شرائح مخصصة الشكل، مما أدى إلى رفع أسعارها وتقليل المتانة. قد يساعد دمج خيارات Flex‑RV في تقليل حجم وتكاليف منتجاتها في المستقبل.

1. Abbott Laboratories (ABT)

تُعد Abbott Laboratories لاعبًا رئيسيًا في قطاع الرعاية الصحية منذ عام 1888 عندما أسسها الدكتور أبوت لتوزيع حبيباته الطبية القلوية في البلاد. بحلول عام 1907، نمت الشركة لتصبح مزودًا دوليًا للأدوية والمنتجات الصحية. اليوم، تُعد من أبرز الشركات في مجال الأجهزة الطبية والملابس القابلة للارتداء.

(ABT )

تقدم Abbott Laboratories عدة أجهزة قابلة للارتداء تساعد المرضى على متابعة صحتهم في الوقت الحقيقي. يمكن لهذه الأجهزة أن تشهد تحسينات هائلة مع خفض التكاليف إذا تم استخدام المعالجات الدقيقة المرنة في تصنيعها. اليوم، تبلغ القيمة السوقية لشركة Abbott Laboratories حوالي +$194.7 مليار، مما يجعلها إضافة حكيمة لأي محفظة تسعى للحصول على تعرض لقطاع الأجهزة القابلة للارتداء في مجال الصحة.

مستقبل المعالجات الدقيقة المرنة

مستقبل تقنية المعالجة الدقيقة المرنة واعد. هناك طلب قوي على الأجهزة القابلة للارتداء والإلكترونيات ذات الاستخدام الواحد عبر صناعات متعددة. تخيل عبواتًا ذكية تكشف عن تفاصيل رئيسية حول المنتج الذي تشتريه، واختبارات صحية ذكية ذات استخدام واحد، وأكثر من ذلك بكثير.

يمكن أن تصبح جميع هذه التطورات شائعة في الأشهر القليلة القادمة إذا نجحت تقنية المعالجة الدقيقة المرنة. في الوقت الحالي، يمثل هذا البحث نقطة تحول في السباق لإنشاء إلكترونيات قابلة للانحناء.

تعرف على مشاريع حوسبة أخرى هنا.