Layar Lipat Telah Maju Pesat. Sekarang Mikroprosesor Juga Menjadi Fleksibel.

Layar lipat telah memperluas pilihan desain perangkat elektronik. Penelitian tentang mikroprosesor yang dapat dibengkokkan membuka kemungkinan lain untuk perangkat wearable, sensor dan kemasan pintar. Berikut perkembangan Flex-RV yang dilaporkan pada 2024.

Semikonduktor

Semikonduktor menjadi dasar dioda, transistor dan sirkuit terpadu. Bahan yang digunakan antara lain silikon, germanium dan galium arsenida. Perangkat semikonduktor mendukung komputasi modern, termasuk kecerdasan buatan dan komputasi tepi.

Penelitian terus berupaya memperbaiki bentuk fisik, kemampuan dan konsumsi dayanya. Salah satu contohnya adalah Flex-RV, demonstrator mikroprosesor fleksibel dari Pragmatic Semiconductor dan mitra penelitinya.

Flex-RV

Flex-RV adalah demonstrator mikroprosesor fleksibel 32-bit yang dapat diprogram dan menggunakan arsitektur set instruksi RISC-V terbuka. Penelitian ini tidak membuktikan bahwa Flex-RV sudah dijual sebagai produk komersial massal pada 2024. Kebutuhan komputasi beberapa sensor dan perangkat pintar sederhana dapat dipenuhi pada frekuensi rendah.

Sumber: Pragmatic Semiconductor — mikroprosesor fleksibel

Studi Mikroprosesor Fleksibel

Flex-RV diungkap dalam sebuah studi terbaru yang dipublikasikan di Nature . Artikel tersebut menjelaskan desain, pembuatan dan pengujian Flex-RV. Standar RISC-V memungkinkan penyesuaian set instruksi, tetapi tidak menghapus seluruh batasan teknis atau hak kekayaan intelektual.

Prosesor ini dapat menjalankan program yang dikompilasi dari bahasa tingkat tinggi, misalnya C. Peneliti menguji operasinya dalam kondisi datar dan dibengkokkan.

Kemampuan ML

Salah satu aspek paling unik dari penelitian dan tata letak chip baru adalah penyertaan kemampuan ML (Machine Learning). Para insinyur berhasil menyematkan akselerator perangkat keras ML yang dapat diprogram ke dalam perangkat. Secara khusus, tim menggunakan transistor film tipis indium gallium zinc oxide (IGZO) untuk mendukung mesin SIMD (single instruction multiple data) milik mereka. Mesin ini berperan penting dalam perkalian matriks dan operasi pasca-pemrosesan.

Uji Mikroprosesor Fleksibel

Perangkat menggunakan transistor film tipis indium gallium zinc oxide (IGZO) pada substrat poliimida fleksibel. Chip setebal sekitar 30 µm dirakit pada papan sirkuit fleksibel setebal sekitar 45 µm. Tim mengembangkan teknik penyambungan over-edge printing (OEP) untuk perakitan tersebut.

Chip dirancang sebagai sistem dalam satu chip yang berpusat pada CPU SERV. Prosesor 32-bit ini melakukan komputasi secara serial, bit demi bit. Pendekatan tersebut mengurangi kompleksitas perangkat keras dengan kompromi pada kecepatan pemrosesan.

Desain mengintegrasikan CPU SERV dengan register, multiplexer, arbiter, antarmuka memori dan GPIO. Flex-RV memanfaatkan memori eksternal untuk kode serta antarmuka SPI yang mendukung komunikasi. “SERV” adalah nama CPU, bukan server terpisah yang dihubungkan ke mikroprosesor.

Hasil Mikroprosesor Fleksibel

Flex-RV pada papan sirkuit fleksibel beroperasi hingga 60 kHz dengan konsumsi daya kurang dari 6 mW. Tim memvalidasi eksekusi program saat perangkat dibengkokkan, termasuk pada radius kelengkungan kurang dari 5 mm.

Variasi kinerja rata-rata tidak lebih buruk dari 4,3% dalam pengujian kondisi pembengkokan terhadap kondisi datar perangkat tersebut. Angka ini bukan perbandingan dengan kecepatan prosesor silikon konvensional.

Manfaat Mikroprosesor Fleksibel

Mikroprosesor fleksibel berpotensi memungkinkan komputasi pada benda yang sulit menggunakan chip kaku. Biaya rendah dan bentuk yang lentur dapat mendukung sensor, kemasan pintar atau perangkat wearable tertentu, sesuai kebutuhan performanya.

Biaya Ultra-Rendah

Penelitian menargetkan biaya unit di bawah satu dolar pada volume tinggi. Faktor yang dapat menekan biaya antara lain proses fabrikasi alternatif, berkurangnya kebutuhan kemasan kaku serta penggunaan set instruksi terbuka. Hal ini bukan berarti biaya silikon terutama berasal dari penempatan chip, atau bahwa setiap prosesor fleksibel selalu lebih murah.

Sumber Terbuka

Flex-RV menggunakan standar set instruksi RISC-V yang terbuka, sehingga pengembang dapat membuat implementasi dan ekstensi tanpa biaya lisensi ISA. Ini berbeda dari menyatakan seluruh desain, perangkat lunak atau proses produksinya bebas lisensi. Standar ini menjadi alternatif bagi ISA proprietari seperti x86 dari Intel (INTC ) dan AMD, serta arsitektur Arm.

Kemampuan dibengkokkan

Kelenturan dapat memudahkan integrasi pada permukaan yang tidak rata dan mengurangi kebutuhan kemasan kaku. Namun, ketahanan terhadap pembengkokan tidak otomatis berarti tahan terhadap semua benturan, kelembapan atau suhu ekstrem. Batas penggunaan tetap memerlukan pengujian.

Konsumsi daya rendah

Daya kurang dari 6 mW pada pengujian 60 kHz menunjukkan kebutuhan daya rendah untuk tugas yang diuji. Daya diukur dalam watt, sedangkan energi bergantung pada daya dan lama operasi. Dampak lingkungan produk juga dipengaruhi bahan, fabrikasi dan akhir masa pakainya.

Waktu Penyelesaian Cepat

Proses fabrikasi yang lebih sederhana dan biaya rekayasa awal yang lebih rendah dapat mendukung pengembangan lebih cepat. Waktu penyelesaian aktual tetap bergantung pada desain, fasilitas produksi dan volume pesanan.

Mendorong Inovasi

Mikroprosesor fleksibel dapat memperluas pilihan desain untuk sensor dan benda sehari-hari. Standar terbuka juga dapat mendukung kerja sama pendidikan, riset akademik dan industri. Adopsinya akan bergantung pada kebutuhan aplikasi dan kemampuan produksi.

Peneliti

Penelitian dipimpin oleh Emre Ozer dari Pragmatic Semiconductor bersama peneliti lain. Tim juga mencakup Qamcom dan Universitas Harvard, yang berkontribusi pada aspek perangkat keras, perangkat lunak dan desain.

Perusahaan dengan aplikasi yang mungkin relevan

Perusahaan di bidang perangkat wearable dan sensor dapat menjadi pengguna potensial teknologi fleksibel. Contoh berikut berkaitan dengan bidang aplikasinya, bukan bukti bahwa perusahaan telah memakai Flex-RV.

1. Abbott Laboratories (ABT)

Abbott Laboratories (ABT ) telah menjadi pemain utama di sektor perawatan kesehatan sejak 1888 ketika didirikan oleh Dr. Abbott untuk menyebarkan granula medis alkaloidnya ke seluruh negeri. Pada 1907, perusahaan telah berkembang menjadi penyedia internasional obat-obatan dan produk kesehatan. Saat ini, perusahaan merupakan pemain terkemuka di bidang perangkat medis dan wearable.

ABT Grafik Harga

Abbott Laboratories menawarkan perangkat wearable untuk memantau indikator kesehatan, termasuk sensor glukosa. Mikroprosesor fleksibel dapat menjadi salah satu arah riset komponen, tetapi penelitian ini tidak menunjukkan adopsi Flex-RV oleh Abbott. Kapitalisasi pasar sekitar 194,7 miliar dolar yang disebut dalam artikel merupakan angka historis 2024, bukan nilai terkini atau jaminan kelayakan investasi.

Masa Depan Mikroprosesor Fleksibel

Masa depan teknologi pemrosesan mikro fleksibel sangat cerah. Terdapat permintaan kuat untuk perangkat wearable dan elektronik sekali pakai di berbagai industri. Bayangkan kemasan pintar yang mengungkapkan detail penting tentang produk yang Anda beli, tes perawatan kesehatan pintar sekali pakai, dan banyak lagi.

Penelitian ini menunjukkan kelayakan prosesor yang dapat dibengkokkan dan diprogram. Namun, ketersediaan berbagai produk konsumen dalam beberapa bulan tidak dapat disimpulkan hanya dari demonstrasi laboratorium.

Pelajari proyek komputasi lainnya di sini.