Faltbare Bildschirme haben sich schnell weiterentwickelt. Jetzt biegen sich auch Mikroprozessoren.

Der Markt für faltbare Bildschirme hat in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte erlebt, wobei die ersten Verbraucher‑Versionen jetzt erhältlich sind. Diese flexiblen Geräte haben die Fähigkeiten und die Art und Weise, wie Menschen ihre Elektronik nutzen, verändert. Jetzt ist es an der Zeit, dass flexible Mikroprozessoren ebenfalls einsteigen. Hier ist, was Sie über diese innovativen Geräte wissen müssen und wie sie den Elektronikmarkt in Zukunft neu gestalten könnten.

Halbleiter

Halbleiter wurden Mitte des 19. Jahrhunderts erstmals erfunden und sind seitdem ein entscheidendes Element in heutigen Dioden, Transistoren und integrierten Schaltkreisen. Diese Bauteile können auf verschiedene Arten hergestellt werden und verwenden mehrere Grundmaterialien, darunter Silizium, Germanium und Galliumnarsenid. Halbleiter sind auch ein Grundbaustein der heutigen fortschrittlichen Technologie, einschließlich Quantencomputing, künstlicher Intelligenz und Edge‑Computing.

Angesichts der kritischen Rolle, die Halbleiter in der modernen Elektronik spielen, ist es nicht überraschend, dass erhebliche Anstrengungen unternommen wurden, um Form, Leistungsfähigkeit und Energieverbrauch dieser Bauteile zu verbessern. Ein Ereignis, das kürzlich große Begeisterung in der Branche ausgelöst hat, ist die Einführung der Flex‑RV‑Chipserie von Pragmatic Semiconductor.

Flex-RV

Flex-RV ist eines der ersten Produkte, die von FlexIC Foundry auf den Markt gebracht wurden. Diese Einheiten sind die ersten flexiblen 32‑Bit‑Mikroprozessoren mit niedrigen Kosten, die kommerziell verfügbar sind. Sie bieten eine Reihe von Vorteilen, die eines Tages in einer riesigen Anzahl von intelligenten Geräten weltweit zu sehen sein könnten. Insbesondere intelligente Geräte können mit Mikroprozessoren mit niedrigen Taktfrequenzen arbeiten, was sie zu einem idealen Sektor für die Integration von Flex‑RV macht.

Quelle – Pragmatic Semiconductor Flexible Microprocessor

Studie zu flexiblen Mikroprozessoren

Flex‑RV wurde in einer kürzlich veröffentlichten Studie im Nature Journal vorgestellt, die das Konzept des flexiblen Mikroprozessors, seine Funktionsweise, Anwendungen und Gesamtleistung behandelt. Der Bericht zeigt, dass Flex‑RV einen 32‑Bit‑Mikroprozessor auf Basis eines offenen RISC‑V‑Designs verwendet, was mehr Innovation ohne Einschränkungen durch Hersteller ermöglicht.

Bemerkenswerterweise kann der programmierbare Prozessor Programme ausführen, die in mehreren Hochsprachen geschrieben wurden, wodurch Einarbeitungs‑ und Kompatibilitätsprobleme reduziert werden. Die Studie geht ins Detail und zeigt die Funktionsweise des Mikroprozessors unter normalen und gebogenen Bedingungen. Als erster biegbarer, nicht‑siliziumbasierter RISC‑V‑Mikroprozessor waren die Forscher gespannt darauf, die Fähigkeiten des 32‑Bit‑Mikroprozessors zu testen.

ML-Fähigkeiten

Einer der einzigartigsten Aspekte der Forschung und des neuen Chip‑Layouts war die Integration von ML‑ (Machine Learning‑)Fähigkeiten. Die Ingenieure haben erfolgreich einen programmierbaren ML‑Hardware‑Beschleuniger in das Gerät eingebettet. Konkret nutzte das Team Indium‑Galliummangan‑Oxid (IGZO) Dünnschicht‑Transistoren (TFTs), um die proprietäre SIMD‑ (Single Instruction Multiple Data)‑Engine zu unterstützen. Diese Engine spielt eine wichtige Rolle bei Matrixmultiplikation und Nachbearbeitungs‑Operationen.

Test flexibler Mikroprozessoren

Die Ingenieure begannen mit dem Test ihres Geräts, das Indium‑Galliummangan‑Oxid‑Dünnschicht‑Transistoren auf einem flexiblen Polyimid‑Substrat verwendete. Bemerkenswert war, dass der biegbare Mikroprozessor eine Dicke von 30 µm hatte. Der Vorgang begann damit, den Prozessor an einer ultradünnen flexiblen Leiterplatte mit einer Dicke von 45 µm zu befestigen. Um diese Aufgabe zu bewältigen, mussten die Ingenieure ein neues Fertigungsverfahren namens Over‑Edge‑Printing (OEP) entwickeln.

Der Chip wurde entwickelt, um als System‑on‑a‑Chip (SoC) um die Serv‑CPU herum zu funktionieren. Bemerkenswert ist, dass sich die Serv‑CPU von herkömmlichen CPUs unterscheidet, da ihr 32‑Bit‑Prozessor Befehle Bit für Bit ausführt. Dieser Ansatz reduziert den Bedarf an Rechenhardware. Er bietet zudem geringe Designkomplexität, was die Herstellungs‑ und Integrationskosten senkt.

Forscher verbanden die Server‑CPU mit dem biegbaren Mikroprozessor. Zusätzlich integrierten sie ein Register‑File (RF), einen Debug‑Schalter, einen Multiplexer‑Schalter, einen On‑Chip‑RAM‑Block, einen Arbiter, eine Random‑Access‑Memory‑Schnittstelle (RAM) und eine General‑Purpose‑Input/Output‑Schnittstelle (GPIO). Diese Strategie erforderte, dass der Chip einen Off‑Chip‑Speicher nutzt, um auf Code zuzugreifen. Daher war zudem ein benutzerdefiniertes Serial‑Peripheral‑Interface (SPI) nötig.

Ergebnisse flexibler Mikroprozessoren

Die Testergebnisse zeigten einen erfolgreichen Betrieb des flexiblen Mikroprozessors. Der auf einem FlexPCB montierte Flex‑RV lief mit einer Taktfrequenz von 60 kHz. Diese Leistung wurde nicht beeinträchtigt, selbst wenn der Mikroprozessor bis zu einer Krümmung von +5 mm gebogen wurde, was eine enorme Verbesserung gegenüber den heutigen spröden Chips darstellt.

Das Team erfasste anschließend den Stromverbrauch während der Ausführung von Testprogrammen. Sie waren begeistert zu sehen, dass der flexible Mikroprozessor die erforderliche Leistung erbringen kann, während er weniger als 6 mW Energie verbraucht. Konkret lag die Leistungsabweichung im Durchschnitt nur bei 4,3 % im Vergleich zu herkömmlichen Chips. Diese Testergebnisse zeigen das enorme Potenzial des Flex‑RV‑Chipsatzes.

Vorteile flexibler Mikroprozessoren

Es gibt mehrere Gründe, warum flexible Mikroprozessoren die Zukunft sind. Erstens können sie den Zugang zur Computertechnik demokratisieren. Ihre ultraniedrigen Kosten und die einfache Herstellung verbessern die Integration und ermöglichen Entwicklern, mehr Geräte intelligent zu machen, ohne die Kosten zu erhöhen. Dadurch werden diejenigen, die bisher keine Smart‑Tech nutzen konnten, schnell Zugang zu diesen Systemen erhalten.

Ultrakostengünstig

Im Vergleich zu den heutigen besten Chip‑Foundries spart die biegbare Mikroverarbeitung Hersteller und Verbraucher gleichermaßen. Der sub‑Dollar‑Fertigungsprozess ist deutlich günstiger als die Verwendung von Silizium. Ein großer Teil der Herstellungskosten heutiger Silizium‑Chips entsteht durch die Notwendigkeit, die Bauteile an spezifische Stellen anzupassen. Der Einsatz kostengünstiger flexibler Mikroprozessoren könnte die Abhängigkeit von diesen teuren und oft hochmodernen Silizium‑Chip‑Foundries verringern und damit die Kosteneinsparungen weiter verbessern.

Open Source

Ein weiterer wichtiger Grund, warum der Flex‑RV ein Wendepunkt ist, liegt darin, dass er Open Source ist. Open‑Source‑Projekte bieten zahlreiche Vorteile. Erstens fördern sie Innovation, da jeder mit den Funktionen interagieren und darauf aufbauen kann. Darüber hinaus senken sie die Kosten, da keine Lizenzgebühren anfallen, die Innovation einschränken. Somit kann der Flex‑RV mit proprietären Anbietern wie x86 von Intel (INTC )  & AMD und ARMvX von Arm konkurrieren.

Langlebig

Langlebigkeit ist ein weiterer Vorteil, der nicht übersehen werden darf. Heutige Silizium‑Chips sind spröde und sehr empfindlich gegenüber Umgebungsbedingungen. Ihre starre Beschaffenheit bedeutet, dass sie für jedes Anwendungsszenario individuell angepasst werden müssen. Diese Formanpassung kann die Haltbarkeit weiter verringern. Das Weglassen der starren Chip‑Verpackung, die Silizium‑Boards verwenden, ermöglicht es Entwicklern, nützlichere und robustere Chips zu erstellen.

Niedriger Energiebedarf

Der Flex‑RV‑Chipsatz bietet eine angemessene Leistung bei minimalem Energieverbrauch. Bemerkenswert ist, dass der Flex‑RV‑Chip bei 60 kHz arbeitet und dabei nur etwa 6 mW Leistung verbraucht. Dieser geringere Energieverbrauch führt zu einem kleineren CO₂‑Fußabdruck, weniger Wärmeentwicklung und weniger Umweltschäden.

Schnelle Markteinführung

Ein weiterer großer Vorteil, den die neuen Flex‑RV‑Chips auf den Markt bringen, ist die schnelle Markteinführung. Sie benötigen weniger Material und einen deutlich weniger komplexen Fertigungsprozess. Dadurch können diese Chips in kürzerer Zeit und mit nicht wiederkehrenden Entwicklungskosten hergestellt werden.

Innovation vorantreiben

Vielleicht ist einer der größten Anreize der neuen flexiblen Mikroprozessor‑Technologie, dass sie ein neues Zeitalter der Innovation einläutet. Diese kostengünstigen Mikroprozessoren ermöglichen es Ingenieuren, mehr Geräte intelligent zu machen, wodurch die Konnektivität und der Nutzen für Verbraucher verbessert werden. Zudem wird dies zu einer stärkeren Verknüpfung von Bildung, akademischer und industrieller Forschung führen.

Forscher

Pragmatic Semiconductor ist das Unternehmen hinter der bahnbrechenden Forschung zu flexiblen Mikroprozessoren. Konkret fungierte Emre Ozer, Senior Director of Processor Development bei Pragmatic, als leitender Forscher des Projekts. Die Studie erhielt zudem Unterstützung von Hardware‑ und Software‑Experten, darunter Qamcom. Außerdem beteiligten sich Ingenieure der Harvard University.

Unternehmen, die flexible Mikroprozessoren integrieren können und davon profitieren

Es gibt mehrere Unternehmen, die diese Technologie integrieren und ihr Angebot verbessern könnten. Diese Firmen setzen derzeit auf formangepasste Chips, was ihre Preise erhöht und die Haltbarkeit reduziert. Die Integration von Flex‑RV‑Optionen könnte künftig dazu beitragen, Größe und Kosten ihres Angebots zu senken.

1. Abbott Laboratories (ABT)

Abbott Laboratories (ABT ) ist seit 1888 ein wichtiger Akteur im Gesundheitssektor, als es von Dr. Abbott gegründet wurde, um seine alkaloiden Medizingranulate im Land zu verbreiten. Bis 1907 war das Unternehmen zu einem internationalen Anbieter von Medikamenten und Gesundheitsprodukten gewachsen. Heute ist es ein Spitzenreiter im Bereich Medizingeräte und Wearables.

ABT Preisdiagramm

Abbott Laboratories bietet mehrere Wearables an, die Patienten dabei helfen, ihre Gesundheit in Echtzeit zu verfolgen. Diese Geräte könnten erhebliche Verbesserungen erfahren und gleichzeitig Kosten senken, wenn flexible Mikroprozessoren in der Fertigung eingesetzt würden. Heute hat Abbott Laboratories eine Marktkapitalisierung von etwa + 194,7 Mrd. $, was es zu einer klugen Ergänzung für jedes Portfolio macht, das im Wearables‑Gesundheitssektor engagiert sein möchte.

Zukunft flexibler Mikroprozessoren

Die Zukunft der flexiblen Mikroverarbeitungstechnologie ist vielversprechend. Es gibt eine starke Nachfrage nach Wearables und Einweg‑Elektronik in zahlreichen Branchen. Stellen Sie sich intelligente Verpackungen vor, die wichtige Details über das von Ihnen gekaufte Produkt preisgeben, Einweg‑Smart‑Healthcare‑Tests und vieles mehr.

All diese Fortschritte könnten in den kommenden Monaten zum Alltag werden, wenn die flexible Mikroverarbeitungstechnologie durchstartet. Für den Moment stellt diese Forschung einen Wendepunkt im Wettlauf zur Schaffung biegbarer Elektronik dar.

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