折りたたみスクリーンは急速に進化しました。今やマイクロプロセッサも曲げられます。

折りたたみスクリーン市場はここ数年で大きな進歩を遂げ、最初の消費者向けバージョンが現在入手可能です。これらの柔軟なデバイスは、機能や人々の電子機器の使い方を変えるのに貢献しました。今や、柔軟なマイクロプロセッサがその波に乗る時です。これらの革新的なデバイスについて知っておくべきこと、そしてそれが今後どのように電子市場を再構築する可能性があるかをご紹介します。

半導体

半導体は19世紀半ばに初めて発明され、以来、現在のダイオード、トランジスタ、集積回路に不可欠な要素となっています。これらのデバイスはさまざまな方法で製造でき、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素などの主要材料を利用します。半導体は、量子コンピューティング、人工知能、エッジコンピューティングなど、今日の先端技術の基礎的な構成要素でもあります。

半導体が現代のエレクトロニクスで果たす重要な役割を考えると、これらのデバイスの形状、機能、電力消費要件を改善しようとする多大な努力がなされていることは驚くべきことではありません。最近、業界から大きな関心を集めている出来事の一つは、Pragmatic Semiconductor が発表した Flex‑RV チップシリーズの導入です。

Flex‑RV

Flex‑RV は FlexIC Foundry が立ち上げた最初期の製品のひとつです。これらのユニットは、商業的に利用可能となった最初の柔軟な 32 ビット低コストマイクロプロセッサです。将来的には、世界中の膨大な数のスマートデバイスでその利点が活かされる可能性があります。特にスマートデバイスは低クロック周波数のマイクロプロセッサで動作できるため、Flex‑RV を統合するのに理想的な分野です。

ソース – Pragmatic Semiconductor Flexible Microprocessor

柔軟なマイクロプロセッサの研究

Flex‑RV は、柔軟なマイクロプロセッサの概念、その機能、応用、全体的な性能について論じた最近の Nature Journal に掲載された研究で明らかにされました。この報告書によると、Flex‑RV はオープン RISC‑V 設計に基づく 32 ビットマイクロプロセッサを使用しており、メーカーによる制約なしにさらなるイノベーションを可能にしています。

特筆すべきは、プログラマブルなプロセッサが複数の高級言語で書かれたプログラムを実行できるため、導入や互換性の懸念が軽減される点です。研究は詳細にわたり、通常状態と曲げた状態でのマイクロプロセッサの機能を示しています。シリコン非使用の曲げ可能な RISC‑V マイクロプロセッサとして初めて、研究者たちは 32 ビットマイクロプロセッサの能力をテストすることに熱心でした。

ML 機能

研究と新しいチップ設計の最もユニークな側面の一つは、ML（機械学習）機能の組み込みでした。エンジニアはプログラマブルな ML ハードウェアアクセラレータをデバイスに成功裏に組み込みました。具体的には、チームはインジウム・ガリウム・亜鉛酸化物（IGZO）薄膜トランジスタ（TFT）を使用して、独自の SIMD（単一命令・複数データ）エンジンをサポートしました。このエンジンは行列乗算や後処理操作に重要な役割を果たします。

柔軟なマイクロプロセッサのテスト

エンジニアは、柔軟なポリイミド基板上にインジウム・ガリウム・亜鉛酸化物薄膜トランジスタを使用したデバイスのテストを開始しました。特筆すべきは、曲げ可能なマイクロプロセッサの厚さが 30 µm であったことです。プロセッサは厚さ 45 µm の超薄型柔軟 PCB に固定されました。この作業を実現するために、エンジニアは「オーバーエッジ印刷（OEP）」と呼ばれる新しい製造方法を開発する必要がありました。

このチップは Serv CPU を中心としたシステムオンチップ（SOC）として動作するよう設計されました。特に、Serv CPU は従来の CPU と異なり、32 ビットプロセッサがビット単位で命令を実行します。このアプローチにより計算ハードウェアの要求が低減され、設計の複雑さも抑えられ、製造および統合コストが削減されます。

研究者は Server CPU と曲げ可能なマイクロプロセッサを接続しました。さらに、レジスタファイル（RF）、デバッグスイッチ、マルチプレクサスイッチ、オンチップ RAM ブロック、アービタ、ランダムアクセスメモリ（RAM）インターフェース、汎用入出力（GPIO）インターフェースを統合しました。この戦略では、コードにアクセスするためにチップがオフチップメモリを利用する必要があり、そのためカスタムのシリアル・ペリフェラル・インターフェース（SPI）も必要となりました。

柔軟なマイクロプロセッサの結果

テスト結果は、柔軟なマイクロプロセッサが正常に動作したことを示しました。FlexPCB 上に組み立てられた Flex‑RV は 60 kHz のクロック速度で動作しました。この性能は、マイクロプロセッサが +5 mm の曲率まで曲げられても阻害されず、現在の脆いチップに比べて大幅な向上です。

チームはテストプログラムを実行しながら電力消費を測定しました。柔軟なマイクロプロセッサが必要な性能を維持しつつ、6 mW 未満のエネルギーで動作できることに興奮しました。具体的には、従来のチップと比較して平均でわずか 4.3% の性能変動しかありませんでした。これらのテスト結果は、Flex‑RV チップセットが持つ巨大な可能性を示しています。

柔軟なマイクロプロセッサの利点

柔軟なマイクロプロセッサが将来性を持つ理由は複数あります。まず、コンピューティングへのアクセスを民主化できる点です。その超低コストと製造の容易さは統合を改善し、開発者がコストを上げずにより多くの製品をスマート化できるようにします。その結果、これまでスマート技術を利用できなかった人々も、迅速にこれらのシステムにアクセスできるようになるでしょう。

超低コスト

現在の最高水準のチップファウンドリーと比較すると、曲げ可能なマイクロプロセッシングはメーカーと消費者の両方にコスト削減をもたらします。1ドル未満の製造プロセスはシリコン使用に比べてはるかに低コストです。今日のシリコンチップの製造コストの多くは、デバイスを特定の場所に合わせる必要があることに起因しています。低コストの柔軟マイクロプロセッサを使用することで、これらの高価で最先端のシリコンチップファウンドリーへの依存を減らし、さらなるコスト削減が可能になります。

オープンソース

Flex‑RV が画期的であるもう一つの大きな理由は、オープンソースであることです。オープンソースプロジェクトは多くの利点を提供します。まず、誰でも機能に触れ、構築できるためイノベーションを促進します。さらに、ライセンス料が不要であるためコストが削減され、イノベーションの制約がなくなります。その結果、Flex‑RV は Intel (INTC ) と AMD の x86 や Arm の ARMvX といった独占的なプロバイダーと競合できます。

耐久性

耐久性は見逃せないもう一つの利点です。現在のシリコンチップは脆く、環境条件に非常に敏感です。その硬直した性質は、あらゆる使用シナリオに合わせてカスタマイズされることを意味します。この形状適合は耐久性をさらに低下させる可能性があります。シリコン基板が使用する硬いチップパッケージを排除することで、開発者はより有用で頑丈なチップを作成できるようになります。

低エネルギー要件

Flex‑RV チップセットは、最小限のエネルギー消費で合理的な性能を提供します。特に、Flex‑RV チップは 60 kHz で動作しながら、約 6 mW の電力しか消費しません。この低エネルギー消費は、炭素フットプリントの削減、熱放出の低減、環境へのダメージの軽減につながります。

迅速なターンアラウンド

新しい Flex‑RV チップが市場にもたらすもう一つの大きな利点は、迅速なターンアラウンドです。材料の使用量が少なく、製造プロセスもはるかに簡素です。そのため、これらのチップは短時間で、かつ非繰返しエンジニアリングコストで製造できます。

イノベーション推進

新しい柔軟マイクロプロセッサ技術の最大の魅力の一つは、イノベーションの新時代を切り開くことです。この低コストマイクロプロセッサは、エンジニアがより多くの製品をスマート化し、消費者の相互接続性と有用性を向上させます。また、教育、学術、産業研究の間の結束も強化されるでしょう。

研究者

Pragmatic Semiconductor は、柔軟マイクロプロセッサに関する画期的な研究を行った企業です。具体的には、Pragmatic のプロセッサ開発シニアディレクターである Emre Ozer が本プロジェクトの主任研究者を務めました。この研究には、Qamcom を含むハードウェアおよびソフトウェアの専門家からの支援も含まれています。さらに、ハーバード大学のエンジニアも参加しました。

柔軟マイクロプロセッサを統合し繁栄できる企業

この技術を統合し、製品ラインを向上させることができる企業は複数あります。これらの企業は現在、形状に合わせたチップに依存しており、価格が上昇し耐久性が低下しています。Flex‑RV オプションの統合により、今後の製品のサイズとコストを削減できる可能性があります。

1. Abbott Laboratories (ABT)

Abbott Laboratories (ABT ) は、1888 年に Dr. Abbott がアルカロイド医療顆粒を国内に広めるために設立して以来、ヘルスケア分野の主要プレーヤーです。1907 年までに、同社は医薬品と健康製品の国際的な供給者へと成長しました。現在、医療機器とウェアラブル分野でトップクラスの実績を誇っています。

ABT 価格チャート

Abbott Laboratories は、患者がリアルタイムで健康状態を追跡できる複数のウェアラブルを提供しています。これらのデバイスは、製造に柔軟マイクロプロセッサが使用されれば、コスト削減とともに大幅な性能向上が期待できます。現在、Abbott Laboratories の時価総額は約 194.7 億ドルで、ウェアラブルヘルス分野へのエクスポージャーを求めるポートフォリオにとって賢明な追加となります。

柔軟マイクロプロセッサの未来

柔軟マイクロプロセッシング技術の未来は明るいです。さまざまな産業でウェアラブルや使い捨てエレクトロニクスへの強い需要があります。購入する製品の重要情報を明らかにするスマート包装、使い捨てのスマートヘルスケアテストなどを想像してみてください。

これらの進歩は、柔軟マイクロプロセッシング技術が普及すれば、数か月以内に一般的になる可能性があります。現時点では、この研究は曲げ可能なエレクトロニクスを創出する競争における転換点を示しています。

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