Vikbara skärmar har utvecklats snabbt. Nu böjer sig även mikroprocessorer.

Marknaden för vikbara skärmar har sett stora framsteg under de senaste åren, med de första konsumentversionerna nu tillgängliga. Dessa flexibla enheter har bidragit till att förändra kapaciteten och hur människor använder sin elektronik. Nu är det dags för flexibla mikroprocessorer att hoppa på tåget. Här är vad du behöver veta om dessa innovativa enheter och hur de kan omforma elektronikmarknaden framöver.

Halvledare

Halvledare uppfanns först i mitten av 1800-talet och har sedan dess blivit en avgörande komponent i dagens dioder, transistorer och integrerade kretsar. Dessa enheter kan tillverkas med olika metoder och använder flera grundmaterial, inklusive kisel, germanium och galliumarset. Halvledare är också en grundläggande byggsten i dagens avancerade teknik, såsom kvantdatorer, artificiell intelligens och edge computing.
Givet den kritiska rollen som halvledare spelar i modern elektronik är det inte förvånande att det har lagts ner betydande ansträngningar för att förbättra form, kapacitet och energiförbrukningskrav för dessa enheter. En händelse som nyligen har väckt stor entusiasm i branschen är introduktionen av Flex-RV-chipserien från Pragmatic Semiconductor.

Flex-RV

Flex-RV är en av de första produkterna som lanserats av FlexIC Foundry. Dessa enheter är de första flexibla 32-bitars, lågt kostnads mikroprocessorerna som blir kommersiellt tillgängliga. De erbjuder en rad fördelar som en dag kan ses i ett enormt antal smarta enheter globalt. Smarta enheter, i synnerhet, kan fungera på mikroprocessorer med låga klockfrekvenser, vilket gör dem till en idealisk sektor för att integrera Flex-RV.

Källa – Pragmatic Semiconductor Flexible Microprocessor

Studie om flexibla mikroprocessorer

Flex-RV presenterades i en nyligen studie publicerad i Nature Journal som behandlar konceptet med flexibla mikroprocessorer, hur de fungerar, tillämpningar och övergripande prestanda. Rapporten visar att Flex-RV använder en 32-bitars mikroprocessor baserad på en öppen RISC-V-design, vilket möjliggör mer innovation utan begränsningar från tillverkare.
Speciellt kan den programmerbara processorn köra program skrivna i flera högnivåspråk, vilket minskar introduktions- och kompatibilitetsproblem. Studien går på djupet och visar mikroprocessorns funktionalitet under både normala och böjda förhållanden. Som den första böjbara icke-silikon RISC-V-mikroprocessorn var forskarna ivriga att testa kapaciteten hos den 32-bitars mikroprocessorn.

Maskininlärningskapacitet

En av de mest unika aspekterna av forskningen och den nya chipdesignen var inkluderingen av ML (maskininlärning) kapacitet. Ingenjörerna lyckades integrera en programmerbar ML-hårdvaruaccelerator i enheten. Specifikt använde teamet indiumgalliumzinkoxid (IGZO) tunnfilmstransistorer (TFT) för att stödja den proprietära SIMD (single instruction multiple data)-motorn. Denna motor spelar en viktig roll i matris-multiplikation och efterbehandlingsoperationer.

Test av flexibla mikroprocessorer

Ingenjörerna började testa sin enhet, som använde indiumgalliumzinkoxid tunnfilmstransistorer på ett flexibelt polyimidsubstrat. Speciellt hade den böjbara mikroprocessorn en tjocklek på 30 µm. Processen inleddes med att fästa processorn på ett ultratunt flexibelt PCB med en tjocklek på 45 µm. För att genomföra detta behövde ingenjörerna skapa en ny tillverkningsmetod kallad over-edge printing (OEP).

Chipet designades för att fungera som ett system-on-a-chip (SOC) kring Serv CPU. Speciellt skiljer sig Serv CPU från traditionella CPU:er genom att dess 32-bitars processor utför kommandon bit för bit. Detta tillvägagångssätt minskar kraven på beräkningshårdvara. Det ger också låg designkomplexitet, vilket minskar tillverknings- och integrationskostnader.

Forskare kopplade ihop Server CPU och den böjbara mikroprocessorn. Dessutom integrerade de en registerfil (RF), en debug-switch, en multiplexor-switch, ett on-chip RAM-block, en arbiter, ett Random Access Memory (RAM)-gränssnitt och ett General-purpose Input/Output (GPIO)-gränssnitt. Denna strategi krävde att chipet använde ett externt minne för att komma åt kod. Därför krävdes även ett anpassat Serial Peripheral Interface (SPI).

Resultat för flexibla mikroprocessorer

Testresultaten visade framgångsrik drift av den flexibla mikroprocessorn. Flex-RV som monterades på ett FlexPCB kördes med hastigheter på 60 kHz. Denna prestanda påverkades inte av att mikroprocessorn böjdes upp till en krökning på +5 mm, vilket är en enorm förbättring jämfört med dagens spröda chip.
Teamet registrerade sedan den elektriska förbrukningen under körning av testprogram. De blev glada över att se att den flexibla mikroprocessorn kunde leverera den erforderliga prestandan samtidigt som den förbrukade mindre än 6 mW energi. Specifikt var prestandavariationen endast 4,3 % jämfört med traditionella chip i genomsnitt. Dessa testresultat visar den enorma potentialen som Flex-RV-chipsetet har.

Fördelar med flexibla mikroprocessorer

Det finns flera anledningar till att flexibla mikroprocessorer är framtiden. För det första kan de demokratisera tillgången till databehandling. Deras ultralåga kostnad och enkla tillverkning kommer förbättra integrationen och möjliggöra för utvecklare att göra fler produkter smarta utan att öka kostnaderna. På så sätt kommer de som tidigare inte kunnat utnyttja smart teknik snabbt att få tillgång till dessa system.

Ultralågt pris

När man jämför med dagens bästa chipfabriker sparar den böjbara mikroprocessorn tillverkare och konsumenter över hela linjen. Tillverkningsprocessen under en dollar är mycket billigare än att använda kisel. En stor del av tillverkningskostnaden för dagens kiselchip beror på att enheterna måste placeras i specifika positioner. Att använda lågt kostnad flexibla mikroprocessorer kan hjälpa till att minska beroendet av dessa dyra och ofta toppmoderna kiselchipfabriker, vilket ytterligare förbättrar kostnadsbesparingarna.

Öppen källkod

Ett annat viktigt skäl till att Flex-RV är en spelväxlare är att den är öppen källkod. Öppen källkod-projekt ger flera fördelar. För det första hjälper de till att driva innovation eftersom vem som helst kan interagera med och bygga på deras funktioner. Dessutom sänker de kostnaderna eftersom det inte behövs betala licensavgifter som begränsar innovation. På så sätt kan Flex-RV konkurrera med proprietära leverantörer som x86 av Intel (INTC ) & AMD och ARMvX av Arm.

Hållbar

Hållbarhet är en annan fördel som inte kan förbises. Dagens kiselchip är spröda och mycket känsliga för miljöförhållanden. Deras oflexibla natur innebär att de anpassas för varje användningsscenario. Denna formfitting kan också ytterligare minska hållbarheten. Genom att eliminera den stela chipförpackningen som kiselkort använder, får utvecklare möjlighet att skapa mer användbara och robusta chip.

Låga energikrav

Flex-RV-chipsetet erbjuder rimlig prestanda med minimala energiförbrukningskrav. Speciellt kan Flex-RV-chipet köras vid 60 kHz samtidigt som det bara förbrukar omkring 6 mW effekt. Den lägre energiförbrukningen resulterar i ett mindre koldioxidavtryck, mindre värmeutveckling och mindre skada på miljön.

Snabb leverans

En annan stor fördel som de nya Flex-RV-chipen ger till marknaden är snabb leverans. De kräver mindre material och en mycket mindre komplicerad tillverkningsprocess. På så sätt kan dessa chip skapas på kortare tid och med icke-återkommande ingenjörskostnader.

Driva innovation

Kanske en av de största lockelserna med den nya flexibla mikroprocessortekniken är att den kommer att inleda en ny era av innovation. Dessa lågt kostnadsmikroprocessorer kommer att möjliggöra för ingenjörer att göra fler produkter smarta, vilket förbättrar sammankoppling och nytta för konsumenterna. Det kommer också att leda till större samverkan mellan utbildning, akademisk och industriell forskning.

Forskare

Pragmatic Semiconductor är företaget bakom den banbrytande forskningen om flexibla mikroprocessorer. Specifikt agerade Emre Ozer, Senior Director of Processor Development på Pragmatic, som huvudforskare för projektet. Studien inkluderade också stöd från hård- och mjukvaruexperter, inklusive Qamcom. Dessutom deltog ingenjörer från Harvard University.

Företag som kan integrera flexibla mikroprocessorer och blomstra

Det finns flera företag som kan integrera denna teknik och förbättra sina erbjudanden. Dessa företag förlitar sig för närvarande på formfittade chip, vilket har höjt deras priser och minskat hållbarheten. Integration av Flex-RV-alternativ kan hjälpa till att minska storleken och kostnaderna för deras erbjudanden framöver.

1. Abbott Laboratories (ABT)

Abbott Laboratories (ABT ) har varit en viktig aktör inom hälsosektorn sedan 1888 när den grundades av Dr. Abbott för att sprida hans alkaloida medicinska granuler i landet. År 1907 hade företaget vuxit till en internationell leverantör av läkemedel och hälsoprodukter. Idag är det en ledande aktör inom medicintekniska enheter och wearables.

ABT Prisdiagram

Abbott Laboratories erbjuder flera wearables som hjälper patienter att spåra sin hälsa i realtid. Dessa enheter skulle kunna se stora förbättringar tillsammans med lägre kostnader om flexibla mikroprocessorer användes i tillverkningen. Idag har Abbott Laboratories ett börsvärde på omkring +$194,7 B, vilket gör det till ett klokt tillskott i en portfölj som söker exponering mot wearables-hälsosektorn.

Framtiden för flexibla mikroprocessorer

Framtiden för flexibel mikroprocessorteknik är ljus. Det finns en stark efterfrågan på wearables och engångselektronik inom flera industrier. Föreställ dig smart förpackning som avslöjar viktiga detaljer om produkten du köper, engångssmarta hälsotester och mycket mer.

Alla dessa framsteg kan bli vanliga under de kommande månaderna om den flexibla mikroprocessortekniken kan ta fart. För närvarande representerar denna forskning en vändpunkt i tävlingen om att skapa böjbara elektronikprodukter.

Läs om andra spännande datorprojekt här.