Vouwbare Schermen Zijn Snel Vooruitgegaan. Nu Buigen Ook Microprocessoren.

De markt voor vouwbare schermen heeft de afgelopen jaren enkele grote vooruitgangen geboekt, en de eerste consumentenversies zijn nu beschikbaar. Deze flexibele apparaten hebben de mogelijkheden en de manier waarop mensen hun elektronica gebruiken veranderd. Nu is het tijd dat flexibele microprocessoren meedoen. Hier is wat u moet weten over deze innovatieve apparaten en hoe ze de elektronicamarkt in de toekomst kunnen hervormen.

Halfgeleiders

Halfgeleiders werden voor het eerst uitgevonden in het midden van de 19e eeuw en zijn sindsdien een cruciaal element geworden in de huidige diodes, transistors en geïntegreerde schakelingen. Deze apparaten kunnen op verschillende manieren worden vervaardigd en maken gebruik van diverse kernmaterialen, waaronder silicium, germanium en galliumarsenide. Halfgeleiders vormen ook een fundamentele bouwsteen van de geavanceerde technologie van vandaag, waaronder kwantumcomputing, kunstmatige intelligentie en edge computing.

Gezien de kritieke rol die halfgeleiders spelen in moderne elektronica, is het niet verrassend dat er aanzienlijke inspanningen zijn geleverd om de vorm, mogelijkheden en energieverbruikseisen van deze apparaten te verbeteren. Een gebeurtenis die recent veel opwinding in de industrie heeft veroorzaakt, is de introductie van de Flex‑RV chipserie van Pragmatic Semiconductor.

Flex-RV

Flex-RV is een van de eerste producten die door FlexIC Foundry zijn gelanceerd. Deze units zijn de eerste flexibele 32‑bit, goedkope microprocessoren die commercieel beschikbaar zijn. Ze bieden een reeks voordelen die op een dag in een enorme hoeveelheid slimme apparaten wereldwijd te zien kunnen zijn. Met name slimme apparaten kunnen functioneren op microprocessoren met lage klokfrequenties, waardoor ze een ideale sector vormen om Flex‑RV te integreren.

Bron – Pragmatic Semiconductor Flexibele Microprocessor

Studie naar Flexibele Microprocessoren

De Flex‑RV werd onthuld in een recente studie gepubliceerd in het Nature Journal die spreekt over het concept van flexibele microprocessoren, hoe het functioneert, toepassingen en de algehele prestaties. Het rapport onthult dat de Flex‑RV een 32‑bit microprocessor gebruikt gebaseerd op een open RISC‑V‑ontwerp, waardoor meer innovatie mogelijk is zonder beperkingen door fabrikanten.

Opmerkelijk is dat de programmeerbare processor programma’s kan uitvoeren die in verschillende high‑level talen zijn geschreven, waardoor onboarding‑ en compatibiliteitsproblemen worden verminderd. De studie gaat dieper in op de functionaliteit van de microprocessor onder zowel normale als gebogen omstandigheden. Als de eerste buigbare niet‑silicon RISC‑V microprocessor waren onderzoekers enthousiast om de mogelijkheden van de 32‑bit microprocessor te testen.

ML-mogelijkheden

Een van de meest unieke aspecten van het onderzoek en het nieuwe chip‑ontwerp was de opname van ML (Machine Learning) mogelijkheden. De ingenieurs slaagden erin een programmeerbare ML‑hardware‑versneller in het apparaat te integreren. Concreet gebruikte het team indium‑gallium‑zink‑oxide (IGZO) dunne‑film transistors (TFT’s) om de propriëtaire SIMD (single instruction multiple data) engine te ondersteunen. Deze engine speelt een belangrijke rol bij matrixvermenigvuldiging en nabewerkingsoperaties.

Test van Flexibele Microprocessoren

De ingenieurs begonnen met het testen van hun apparaat, dat indium‑gallium‑zink‑oxide dunne‑film transistors op een flexibel polyimide‑substraat gebruikte. Opmerkelijk was dat de buigbare microprocessor een dikte van 30 µm had. Het proces begon met het bevestigen van de processor op een ultradunne flexibele PCB met een dikte van 45 µm. Om deze taak te volbrengen, moesten de ingenieurs een nieuwe productiemethode ontwikkelen die over‑edge printing (OEP) wordt genoemd.

De chip is ontworpen om te functioneren als een system‑on‑a‑chip (SOC) rond de Serv CPU. Opmerkelijk is dat de Serv CPU verschilt van traditionele CPU’s doordat zijn 32‑bit processor commando’s bit voor bit uitvoert. Deze aanpak verlaagt de vraag naar rekenhardware. Het biedt tevens een lage ontwerpcomplexiteit, waardoor productie‑ en integratiekosten dalen.

Onderzoekers hebben de Server CPU en de buigbare microprocessor met elkaar verbonden. Daarnaast integreerden ze een register‑bestand (RF), een debug‑schakelaar, een multiplexor‑schakelaar, een on‑chip RAM‑blok, een arbiter, een Random Access Memory (RAM) interface en een General‑purpose Input/Output (GPIO) interface. Deze strategie vereiste dat de chip gebruik maakte van off‑chip geheugen om code te benaderen. Daarom was ook een aangepaste Serial Peripheral Interface (SPI) nodig.

Resultaten van Flexibele Microprocessoren

De testresultaten toonden succesvolle werking van de flexibele microprocessor. De Flex‑RV gemonteerd op een FlexPCB werd getakt op snelheden van 60 kHz. Deze prestatie werd niet belemmerd toen de microprocessor gebogen werd tot een kromming van +5 mm, wat een enorme verbetering is ten opzichte van de huidige broze chips.

Het team registreerde vervolgens het elektriciteitsverbruik tijdens het uitvoeren van testprogramma’s. Ze waren enthousiast om te zien dat de flexibele microprocessor de vereiste prestaties kon leveren terwijl hij minder dan 6 mW energie verbruikte. Specifiek was er slechts een prestatie‑variatie van 4,3 % vergeleken met traditionele chips gemiddeld. Deze testresultaten demonstreren het enorme potentieel van de Flex‑RV chipset.

Voordelen van Flexibele Microprocessoren

Er zijn verschillende redenen waarom flexibele microprocessoren de toekomst zijn. Ten eerste kunnen ze de toegang tot computing democratiseren. Hun ultralage kosten en eenvoudige productie zullen integratie verbeteren en ontwikkelaars in staat stellen meer items slim te maken zonder de kosten te verhogen. Hierdoor zullen mensen die voorheen geen toegang hadden tot slimme technologie snel toegang krijgen tot deze systemen.

Ultralage Kosten

In vergelijking met de beste chip‑foundries van vandaag bespaart de buigbare microverwerking fabrikanten en consumenten op alle niveaus. Het sub‑dollar productieproces is veel goedkoper dan het gebruik van silicium. Een groot deel van de productiekosten van huidige siliciumchips is gebaseerd op het moeten passen van de apparaten in specifieke locaties. Het gebruik van goedkope flexibele microprocessoren kan helpen de afhankelijkheid van deze dure en vaak state‑of‑the‑art silicium‑chip‑foundries te verminderen, waardoor de kostenbesparingen verder toenemen.

Open source

Een andere belangrijke reden waarom de Flex‑RV een game‑changer is, is dat hij open source is. Open‑source projecten bieden meerdere voordelen. Ten eerste stimuleren ze innovatie omdat iedereen kan interageren en voortbouwen op hun functies. Daarnaast verlagen ze de kosten omdat er geen licentiekosten betaald hoeven te worden die innovatie beperken. Hierdoor kan de Flex‑RV concurreren met propriëtaire aanbieders zoals x86 van Intel (INTC ) & AMD, en ARMvX van Arm.

Duurzaam

Duurzaamheid is een extra voordeel dat niet over het hoofd gezien mag worden. De huidige siliciumchips zijn bros en zeer gevoelig voor omgevingscondities. Hun onbuigbare aard betekent dat ze op maat moeten worden gemaakt voor elk gebruiksscenario. Deze vorm‑aanpassing kan ook de duurzaamheid verder verminderen. Het elimineren van de rigide chip‑verpakking die silicium‑borden gebruiken, stelt ontwikkelaars in staat robuustere en meer bruikbare chips te creëren.

Lage energie‑eisen

De Flex‑RV chipset biedt redelijke prestaties met minimale energie‑verbruikseisen. Opmerkelijk is dat de Flex‑RV chip kan werken op 60 kHz terwijl hij slechts ongeveer 6 mW vermogen verbruikt. Dit lagere energieverbruik resulteert in een kleinere ecologische voetafdruk, minder warmte‑afgifte en minder schade aan het milieu.

Snelle doorlooptijd

Een ander groot voordeel dat de nieuwe Flex‑RV chips aan de markt bieden, is de snelle doorlooptijd. Ze vereisen minder materiaal en een veel minder gecompliceerd productieproces. Hierdoor kunnen deze chips in minder tijd en met niet‑recurrerende engineeringkosten worden vervaardigd.

Innovatie stimuleren

Misschien wel het grootste aantrekkingspunt van de nieuwe flexibele microprocessor‑technologie is dat ze een nieuw tijdperk van innovatie zal inluiden. Deze goedkope microprocessoren stellen ingenieurs in staat meer items slim te maken, waardoor de onderlinge verbondenheid en bruikbaarheid voor consumenten verbetert. Het zal ook leiden tot meer samenhang tussen onderwijs, academisch onderzoek en industriële ontwikkeling.

Onderzoekers

Pragmatic Semiconductor is het bedrijf achter het baanbrekende onderzoek naar flexibele microprocessoren. Specifiek fungeerde Emre Ozer, Senior Director of Processor Development bij Pragmatic, als de leidende onderzoeker voor het project. De studie kreeg ook steun van hardware‑ en software‑experts, waaronder Qamcom. Daarnaast namen ingenieurs van Harvard University deel.

Bedrijven die Flexibele Microprocessoren kunnen integreren en profiteren

Er zijn verschillende bedrijven die deze technologie kunnen integreren en hun aanbod kunnen verbeteren. Deze bedrijven vertrouwen momenteel op op maat gemaakte chips, wat hun prijzen heeft verhoogd en de duurzaamheid heeft verminderd. De integratie van Flex‑RV opties zou kunnen helpen de grootte en kosten van hun aanbod in de toekomst te verlagen.

1. Abbott Laboratories (ABT)

Abbott Laboratories (ABT ) is sinds 1888 een belangrijke speler in de gezondheidszorgsector, toen het werd opgericht door Dr. Abbott om zijn alkaloïde medische korrels door het land te verspreiden. Tegen 1907 was het bedrijf uitgegroeid tot een internationale leverancier van medicijnen en gezondheidsproducten. Vandaag de dag is het een topperformer op het gebied van medische apparaten en wearables.

ABT Prijsgrafiek

Abbott Laboratories biedt verschillende wearables die patiënten in realtime helpen hun gezondheid te volgen. Deze apparaten zouden enorme verbeteringen kunnen zien, samen met lagere kosten, als flexibele microprocessoren in de productie zouden worden gebruikt. Vandaag heeft Abbott Laboratories een marktkapitalisatie van ongeveer +$194,7 B, waardoor het een verstandige toevoeging is aan elk portfolio dat blootstelling zoekt aan de wearables‑gezondheidssector.

Toekomst van Flexibele Microprocessoren

De toekomst van flexibele microprocessortechnologie ziet er rooskleurig uit. Er is een sterke vraag naar wearables en eenmalige elektronica in verschillende industrieën. Stel u een slimme verpakking voor die belangrijke details over het product dat u koopt onthult, eenmalige slimme gezondheids‑tests en nog veel meer.

Al deze ontwikkelingen zouden de komende maanden tot de norm kunnen worden als de flexibele microprocessortechnologie kan doorbreken. Voor nu vertegenwoordigt dit onderzoek een keerpunt in de race om buigbare elektronica te creëren.

Leer hier meer over andere coole computerprojecten here.