Bøjbare skærme har udviklet sig hurtigt. Nu bøjer mikroprocessorer også.

Markedet for foldbare skærme har udviklet sig markant de seneste år, og de første forbrugermodeller er nu tilgængelige. De bøjelige enheder har ændret elektronikkens muligheder og den måde, folk bruger den på. Nu er turen kommet til bøjelige mikroprocessorer. Her er, hvad du skal vide om disse innovative enheder, og hvordan de kan ændre elektronikmarkedet fremover.

Halvledere

Halvledere blev først opfundet i midten af 1800-tallet og er siden blevet afgørende komponenter i nutidens dioder, transistorer og integrerede kredsløb. De kan fremstilles på flere måder og anvender materialer som silicium, germanium og galliumarsenid. Halvledere er også grundlæggende byggesten i avancerede teknologier som kvantecomputere, kunstig intelligens og edge computing.

Halvlederes afgørende rolle i moderne elektronik forklarer den store indsats for at forbedre deres form, funktioner og energiforbrug. En nylig udvikling, der har vakt stor begejstring i branchen, er introduktionen af Flex-RV-chipserien fra Pragmatic Semiconductor.

Flex-RV

Flex-RV er blandt de første produkter fra FlexIC Foundry. Enhederne er de første billige, bøjelige 32-bit-mikroprocessorer, der bliver kommercielt tilgængelige. De har mange fordele, som en dag kan anvendes i en lang række intelligente enheder verden over. Intelligente enheder kan især fungere med mikroprocessorer med lave clockfrekvenser, hvilket gør dem velegnede til Flex-RV.

Kilde – Pragmatic Semiconductor Fleksibel Mikroprocessor

Studie af fleksible mikroprocessorer

Flex-RV blev præsenteret i en nylig undersøgelse i tidsskriftet Nature. Den beskriver konceptet, funktionen, anvendelserne og den samlede ydeevne. Ifølge rapporten anvender Flex-RV en 32-bit-mikroprocessor baseret på et åbent RISC-V-design, som muliggør mere innovation uden producenternes begrænsninger.

Den programmerbare processor kan køre programmer skrevet i flere højniveausprog, hvilket letter ibrugtagning og mindsker kompatibilitetsproblemer. Undersøgelsen viser detaljeret, hvordan mikroprocessoren fungerer både normalt og i bøjet tilstand. Som den første bøjelige RISC-V-mikroprocessor uden silicium var den noget, forskerne gerne ville afprøve.

ML-funktioner

Et særligt træk ved forskningen og det nye chipdesign var indbyggede funktioner til maskinlæring (ML). Ingeniørerne integrerede en programmerbar hardwareaccelerator til maskinlæring. De anvendte tyndfilmstransistorer (TFT) af indium-gallium-zinkoxid (IGZO) til at understøtte den proprietære SIMD-motor, der udfører én instruktion på flere dataelementer. Motoren spiller en vigtig rolle i matrixmultiplikation og efterbehandling.

Test af fleksible mikroprocessorer

Ingeniørerne begyndte at teste enheden, som anvendte tyndfilmstransistorer af indium-gallium-zinkoxid på et bøjeligt polyimidsubstrat. Mikroprocessoren var 30 µm tyk. Først blev den fastgjort på et ultratyndt, bøjeligt printkort med en tykkelse på 45 µm. Til dette måtte ingeniørerne udvikle en ny fremstillingsmetode kaldet over-edge printing (OEP).

Chippen blev udformet som et system på én chip (SoC) omkring Serv-CPU’en. Serv adskiller sig fra traditionelle CPU’er ved, at dens 32-bit-processor udfører instruktioner bit for bit. Det mindsker behovet for beregningshardware. Designet bliver også mindre komplekst, hvilket reducerer fremstillings- og integrationsomkostningerne.

Forskerne forbandt Serv-CPU’en og den bøjelige mikroprocessor. De integrerede desuden en registerfil (RF), en fejlfindingskontakt, en multiplekserkontakt, en indbygget RAM-blok, en arbiter, et RAM-interface og et interface til generelle ind- og udgange (GPIO). Designet krævede ekstern hukommelse til programkoden og derfor også et særligt Serial Peripheral Interface (SPI).

Resultater af fleksible mikroprocessorer

Testene viste, at den bøjelige mikroprocessor fungerede. Flex-RV, monteret på et FlexPCB, kørte ved 60 kHz. Ydeevnen blev ikke forringet ved bøjning til en krumningsradius på +5 mm, hvilket er et stort fremskridt i forhold til nutidens skrøbelige chips.

Holdet målte derefter strømforbruget under testprogrammerne. Den bøjelige mikroprocessor kunne levere den nødvendige ydeevne med et effektforbrug under 6 mW. Den gennemsnitlige variation i ydeevnen var kun 4,3 % sammenlignet med traditionelle chips. Resultaterne viser Flex-RV-chipsættets store potentiale.

Fordele ved fleksible mikroprocessorer

Der er flere grunde til, at bøjelige mikroprocessorer kan blive fremtiden. De kan gøre computerkraft tilgængelig for flere. Meget lave omkostninger og enkel fremstilling letter integrationen og gør det muligt at gøre flere produkter intelligente uden at øge prisen. Dermed kan mennesker, der tidligere ikke havde adgang til intelligent teknologi, hurtigt få adgang til systemerne.

Ultralav pris

Sammenlignet med nutidens førende chipfabrikker giver bøjelige mikroprocessorer besparelser for både producenter og forbrugere. Fremstillingen koster under én dollar og er langt billigere end siliciumbaseret produktion. En stor del af omkostningerne ved nutidens siliciumchips skyldes behovet for at få enhederne til at passe bestemte steder. Billige, bøjelige mikroprocessorer kan mindske afhængigheden af dyre og ofte højt avancerede siliciumchipfabrikker og dermed øge besparelserne.

Open source

En anden vigtig fordel ved Flex-RV er det åbne design. Open source-projekter fremmer innovation, fordi alle kan arbejde med og bygge videre på funktionerne. De sænker også omkostningerne, da der ikke skal betales licensgebyrer, som begrænser innovation. Flex-RV kan derfor konkurrere med proprietære løsninger som x86 fra Intel (INTC ) & AMD og ARMvX fra Arm.

Holdbar

Holdbarheden er endnu en væsentlig fordel. Nutidens siliciumchips er skrøbelige og følsomme over for omgivelserne. Deres stive form kræver tilpasning til hver anvendelse, og denne tilpasning kan mindske holdbarheden yderligere. Ved at fjerne den stive indkapsling, som siliciumbaserede kredsløb bruger, kan udviklere skabe mere anvendelige og robuste chips.

Lavt energiforbrug

Flex-RV-chipsættet leverer rimelig ydeevne med et meget lavt energiforbrug. Chippen kan køre ved 60 kHz med et effektforbrug på omkring 6 mW. Det lavere energiforbrug giver et mindre CO2-aftryk, mindre varmeudvikling og mindre miljøbelastning.

Hurtig gennemløbstid

De nye Flex-RV-chips har også kort gennemløbstid. De kræver færre materialer og en langt enklere fremstillingsproces. Derfor kan de fremstilles hurtigere og med engangsomkostninger til udvikling.

Fremme innovation

En af de største fordele ved bøjelige mikroprocessorer er måske, at de kan indlede en ny innovationsæra. De billige processorer giver ingeniører mulighed for at gøre flere produkter intelligente, forbedre forbindelserne mellem dem og øge deres nytte for forbrugerne. Det kan også skabe tættere sammenhæng mellem uddannelse, akademisk forskning og industriel forskning.

Forskere

Pragmatic Semiconductor står bag den banebrydende forskning i bøjelige mikroprocessorer. Emre Ozer, virksomhedens seniordirektør for processorudvikling, ledede projektet. Undersøgelsen fik også støtte fra hardware- og softwareeksperter, herunder Qamcom. Ingeniører fra Harvard University deltog desuden.

Virksomheder, der kan integrere fleksible mikroprocessorer og få succes

Flere virksomheder kunne integrere teknologien og forbedre deres produkter. De bruger i dag specialtilpassede chips, hvilket har øget priserne og mindsket holdbarheden. Flex-RV kan fremover bidrage til mindre og billigere produkter.

1. Abbott Laboratories (ABT)

Abbott Laboratories (ABT ) har været en vigtig aktør i sundhedssektoren siden 1888. Virksomheden blev grundlagt af dr. Abbott for at udbrede hans medicinske alkaloidgranulater i landet. I 1907 var den blevet en international leverandør af medicin og sundhedsprodukter. I dag er den førende inden for medicinsk udstyr og kropsbåren teknologi.

ABT Prisdiagram

Abbott Laboratories tilbyder flere kropsbårne enheder, der hjælper patienter med at følge deres helbred i realtid. Bøjelige mikroprocessorer i fremstillingen kunne forbedre enhederne markant og samtidig sænke omkostningerne. Abbott Laboratories har i dag en markedsværdi på omkring +194,7 mia. dollar, hvilket gør virksomheden til et fornuftigt supplement til en portefølje, der søger eksponering mod kropsbåren sundhedsteknologi.

Fremtiden for fleksible mikroprocessorer

Fremtiden for bøjelige mikroprocessorer ser lys ud. Flere brancher har stor efterspørgsel efter kropsbåren teknologi og engangselektronik. Forestil dig intelligent emballage, der viser vigtige oplysninger om det produkt, du køber, intelligente medicinske engangstest og meget andet.

Alle disse fremskridt kan blive almindelige i de kommende måneder, hvis teknologien for alvor slår igennem. Indtil videre markerer forskningen et vendepunkt i kapløbet om at skabe bøjelig elektronik.

Læs om andre spændende projekter inden for computerteknologi her.