Taittuvat näytöt ovat kehittyneet nopeasti. Nyt mikroprosessoritkin taipuvat.

Taittuvien näyttöjen markkinat ovat kokeneet merkittäviä edistysaskeleita viime vuosina, ja ensimmäiset kuluttajaversiot ovat nyt saatavilla. Nämä joustavat laitteet ovat muuttaneet laitteiden ominaisuuksia ja tapaa, jolla ihmiset käyttävät elektroniikkaansa. Nyt on joustavien mikroprosessoreiden vuoro liittyä mukaan. Tässä on, mitä sinun tulee tietää näistä innovatiivisista laitteista ja miten ne voivat muokata elektroniikkamarkkinoita tulevaisuudessa.

Puolijohteet

Puolijohteet keksittiin ensimmäisen kerran 1800‑luvun puolivälissä, ja ne ovat siitä lähtien olleet keskeinen osa nykypäivän diodit, transistorit ja integroidut piirit. Näitä laitteita voidaan valmistaa monin eri tavoin ja ne käyttävät useita perusmateriaaleja, kuten piitä, germaniumia ja galliumarsenidia. Puolijohteet ovat myös nykypäivän edistyneen teknologian perusrakennuspalikoita, kuten kvanttilaskenta, tekoäly ja reunalaskenta.

Ottaen huomioon, että puolijohteilla on kriittinen rooli nykyaikaisessa elektroniikassa, ei ole yllättävää, että niiden muotoa, ominaisuuksia ja energiankulutusvaatimuksia on pyritty parantamaan merkittävästi. Yksi viimeaikainen tapahtuma, joka on herättänyt suurta innostusta alalla, on Pragmatic Semiconductor -yrityksen Flex‑RV‑sirusekosarjan esittely.

Flex‑RV

Flex‑RV on yksi FlexIC Foundryn lanseeraamista ensimmäisistä tuotteista. Nämä yksiköt ovat ensimmäiset joustavat 32‑bittiset, edulliset mikroprosessorit, jotka ovat kaupallisesti saatavilla. Ne tarjoavat monia etuja, jotka voisivat jonain päivänä näkyä laajassa valikoimassa älylaitteita maailmanlaajuisesti. Älylaitteet erityisesti voivat toimia mikroprosessorilla, jonka kellotaajuus on alhainen, mikä tekee niistä ihanteellisen sektorin Flex‑RV:n integroimiselle.

Lähde – Pragmatic Semiconductor Flexible Microprocessor

Joustavien mikroprosessoreiden tutkimus

Flex‑RV esiteltiin äskettäisessä tutkimuksessa, joka julkaistiin Nature Journal -lehdessä, ja joka käsittelee joustavan mikroprosessorin konseptia, sen toimintaa, sovelluksia ja yleistä suorituskykyä. Raportti paljastaa, että Flex‑RV käyttää 32‑bittistä mikroprosessoria, joka perustuu avoimeen RISC‑V‑suunnitteluun, mahdollistaen enemmän innovaatiota ilman valmistajien rajoituksia.

Erityisesti ohjelmoitava prosessori voi suorittaa useilla korkean tason kielillä kirjoitettuja ohjelmia, mikä vähentää käyttöönotto‑ ja yhteensopivuusongelmia. Tutkimus menee syvälle esittelemällä mikroprosessorin toiminnallisuuden sekä normaalissa että taivutetussa tilassa. Ensimmäisenä taivutettavana ei‑silikoni RISC‑V‑mikroprosessorina tutkijat olivat innokkaita testaamaan 32‑bittisen mikroprosessorin kykyjä.

ML‑kyvykkyydet

Yksi tutkimuksen ja uuden sirun rakenteen ainutlaatuisimmista puolista oli ML (koneoppiminen)‑kyvykkyyksien sisällyttäminen. Insinöörit onnistuivat upottamaan ohjelmoitavan ML‑laitteistokiihdyttimen laitteeseen. Erityisesti tiimi käytti indiumgalliumzinkoksidia (IGZO) ohutkalvotransistoreita (TFT) tukemaan omaa SIMD (single instruction multiple data) ‑moottoria. Tämä moottori toimii tärkeässä roolissa matriisikertolaskuissa ja jälkikäsittelytoiminnoissa.

Joustavien mikroprosessoreiden testi

Insinöörit aloittivat laitteensa testaamisen, jossa käytettiin indiumgalliumzinkoksidi ohutkalvotransistoreita joustavalla polyimidialustalla. Huomionarvoista on, että taivutettavalla mikroprosessorilla oli paksuus 30 µm. Prosessi alkoi kiinnittämällä prosessori erittäin ohutlaatuiseen joustavaan PCB:hen, jonka paksuus oli 45 µm. Tämän tehtävän suorittamiseksi insinöörit joutuivat luomaan uuden valmistusmenetelmän, jota kutsutaan over‑edge printing (OEP) ‑menetelmäksi.

The chip was designed to operate as a system-on-a-chip (SOC) around the Serv CPU. Notably, Serv CPU differs from traditional CPUs in that its 32-bit processor executes commands bit by bit. This approach lowers computational hardware demand. It also provides low design complexity, reducing manufacturing and integration costs.

Siru suunniteltiin toimimaan järjestelmänä sirulla (SOC) Serv CPU:n ympärillä. Huomionarvoista on, että Serv CPU eroaa perinteisistä suoritinlaitteista siinä, että sen 32‑bittinen prosessori suorittaa komentoja bitti kerrallaan. Tämä lähestymistapa vähentää laskentalaitteiston tarvetta. Se myös tarjoaa alhaisen suunnittelun monimutkaisuuden, mikä vähentää valmistus‑ ja integrointikustannuksia.

Tutkijat kytkivät Server CPU:n ja taivutettavan mikroprosessorin yhteen. Lisäksi he integroivat rekisteritiedoston (RF), debug‑kytkimen, multipleksorikytkimen, sirulla olevan RAM‑lohkon, arbitraattorin, satunnaismuistiliittymän (RAM) ja yleiskäyttöisen sisään‑/ulostulo‑rajapinnan (GPIO). Tämä strategia vaati sirun käyttävän sirun ulkopuolista muistia koodin hakemiseen. Tästä syystä myös räätälöity sarjaperiiferinen liitäntä (SPI) oli tarpeen.

Joustavien mikroprosessoreiden tulokset

Testitulokset osoittivat joustavan mikroprosessorin onnistuneen toiminnan. Flex‑RV, joka oli koottu FlexPCB:lle, käytti 60 kHz:n kellotaajuutta. Tämä suorituskyky ei heikentynyt, kun mikroprosessoria taivutettiin +5 mm:n kaarevuuteen, mikä on merkittävä parannus nykypäivän hauraisiin siruihin verrattuna.

Tiimi mittasi sitten sähkönkulutusta ajettaessa testiohjelmia. He olivat innoissaan nähdessään, että joustava mikroprosessori pystyi tarjoamaan vaaditun suorituskyvyn kuluttaen alle 6 mW energiaa. Tarkemmin sanottuna suorituskyky vaihteli vain 4,3 % perinteisiin siruihin verrattuna keskimäärin. Nämä testitulokset osoittavat Flex‑RV‑sirukompleksin valtavan potentiaalin.

Joustavien mikroprosessoreiden hyödyt

On useita syitä, miksi joustavat mikroprosessorit ovat tulevaisuus. Ensinnäkin ne voivat demokratisoida pääsyn laskentaan. Niiden äärimmäisen alhainen hinta ja helppo valmistus parantavat integraatiota ja mahdollistavat kehittäjille tehdä useampia tuotteita älykkäiksi ilman kustannusten nousua. Näin ollen ne, jotka eivät aiemmin voineet hyödyntää älyteknologiaa, saavat nopeasti pääsyn näihin järjestelmiin.

Erittäin alhainen hinta

Kun verrataan nykypäivän parhaisiin sirutehtaisiin, taivutettava mikroprosessorointi säästää valmistajia ja kuluttajia kaikilla tasoilla. Alle dollarin valmistusprosessi on paljon edullisempi kuin piin käyttö. Suuri osa nykypäivän piisirujen valmistuskustannuksista johtuu siitä, että laitteet on sovitettava tiettyihin paikkoihin. Edullisten joustavien mikroprosessoreiden käyttö voisi auttaa vähentämään riippuvuutta näistä kalliista ja usein huipputeknisistä piisirutehtailta, mikä edelleen parantaa kustannussäästöjä. (INTC )

Avoin lähdekoodi

Toinen merkittävä syy siihen, miksi Flex‑RV on pelin muuttaja, on sen avoin lähdekoodi. Avoimen lähdekoodin projektit tarjoavat useita etuja. Ensinnäkin ne edistävät innovaatiota, koska kuka tahansa voi olla vuorovaikutuksessa ja kehittää niiden ominaisuuksia. Lisäksi ne alentavat kustannuksia, koska lisenssimaksuja, jotka rajoittavat innovaatiota, ei tarvitse maksaa. Näin Flex‑RV voi kilpailla suljettujen tarjoajien, kuten Intelin ja AMD:n x86‑arkkitehtuurin sekä Arm:n ARMvX:n, kanssa.

Kestävä

Kestävyys on toinen etu, jota ei voi sivuuttaa. Nykyiset piisirut ovat hauraita ja erittäin herkkiä ympäristöolosuhteille. Niiden joustamattomuus tarkoittaa, että ne on räätälöitävä sopimaan jokaiseen käyttötapaukseen. Tämä muotoilu voi myös heikentää kestävyyttä. Jäykän sirupaketoinnin poistaminen, jota piilautuvat levyt käyttävät, antaa kehittäjille mahdollisuuden luoda hyödyllisempiä ja kestävämpiä siruja.

Alhaiset energiavaatimukset

Flex‑RV‑sirukompleksi tarjoaa kohtuullisen suorituskyvyn minimaalisilla energiankulutusvaatimuksilla. Huomionarvoista on, että Flex‑RV‑siru voi toimia 60 kHz:n taajuudella kuluttaen vain noin 6 mW tehoa. Tämä alhaisempi energiankulutus johtaa pienempään hiilijalanjälkeen, vähemmän lämmön syntymiseen ja vähemmän ympäristövahinkoja.

Nopea läpimenoaika

Toinen merkittävä etu, jonka uudet Flex‑RV‑sirut tuovat markkinoille, on nopea läpimenoaika. Ne vaativat vähemmän materiaalia ja paljon yksinkertaisemman valmistusprosessin. Näin nämä sirut voidaan valmistaa nopeammin ja ilman toistuvia suunnittelukustannuksia.

Edistää innovaatiota

Ehkä yksi suurimmista uusien joustavien mikroprosessoriteknologioiden vetovoimista on se, että se tuo mukanaan uuden innovaation aikakauden. Nämä edulliset mikroprosessorit mahdollistavat insinööreille tehdä useampia tuotteita älykkäiksi, parantaen yhteyksiä ja hyödyllisyyttä kuluttajille. Tämä johtaa myös suurempaan yhtenäisyyteen koulutuksen, akateemisen ja teollisen tutkimuksen välillä.

Tutkijat

Pragmatic Semiconductor on yritys, joka on toteuttanut uraauurtavaa tutkimusta joustavien mikroprosessoreiden alalla. Erityisesti Emre Ozer, Pragmaticin vanhempi prosessorikehityksen johtaja, toimi projektin pääasiallisena tutkijana. Tutkimukseen sisältyi myös laitteisto‑ ja ohjelmistokehittäjien tuki, mukaan lukien Qamcom. Lisäksi Harvardin yliopiston insinöörit osallistuivat.

Yritykset, jotka voivat integroida joustavat mikroprosessorit ja menestyä

On useita yrityksiä, jotka voisivat integroida tämän teknologian ja parantaa tarjontaansa. Nämä yritykset käyttävät tällä hetkellä muotoon sovitettuja siruja, mikä on nostanut niiden hintoja ja heikentänyt kestävyyttä. Flex‑RV‑vaihtoehtojen integrointi voisi auttaa pienentämään tarjonnan kokoa ja kustannuksia tulevaisuudessa.

1. Abbott Laboratories (ABT)

Abbott Laboratories (ABT ) on ollut merkittävä toimija terveydenhuoltosektorilla vuodesta 1888, jolloin se perustettiin tohtori Abbottin toimesta levittämään hänen alkaloidimaisia lääkejyviä maahan. Vuoteen 1907 mennessä yritys oli kasvanut kansainväliseksi lääkkeiden ja terveys tuotteiden tarjoajaksi. Nykyään se on johtava toimija lääketieteellisten laitteiden ja kannettavien laitteiden alalla.

ABT Hintakaavio

Abbott Laboratories tarjoaa useita kannettavia laitteita, jotka auttavat potilaita seuraamaan terveyttään reaaliajassa. Näiden laitteiden suorituskyky voisi parantua merkittävästi ja kustannukset laskea, jos valmistuksessa käytettäisiin joustavia mikroprosessorita. Nykyään Abbott Laboratoriesin markkina‑arvo on noin +194,7 miljardia dollaria, mikä tekee siitä viisaamman lisän mihin tahansa salkkuun, joka hakee altistusta kannettavien terveydenhuollon sektorille.

Joustavien mikroprosessoreiden tulevaisuus

Joustavan mikroprosessoriteknologian tulevaisuus on valoisa. Useilla toimialoilla on suuri kysyntä kannettaville ja kertakäyttöisille elektroniikkaratkaisuille. Kuvittele älykäs pakkaus, joka paljastaa tärkeitä tietoja ostamastasi tuotteesta, kertakäyttöiset älykkäät terveydenhuollon testit ja paljon muuta.

Nämä kaikki edistysaskeleet voivat tulla arkipäiväisiksi tulevina kuukausina, jos joustava mikroprosessoriteknologia saa jalansijaa. Tällä hetkellä tämä tutkimus edustaa käännekohtaa taistelussa taivutettavan elektroniikan luomiseksi.

Tutustu muihin hienoihin laskentaprojekteihin täällä.