全球首個塑料ARM芯片登上Nature：成本僅同類硅芯片1/10
[導讀]塑料也能用于造芯片？是的，你沒聽錯！ARM公司宣布他們用一種塑料和薄膜晶體管制成了一種新的處理器PlasticArm。（圖為顯微鏡下的照片）該處理器是全球首個柔性原生32位、基于ARM架構、高達18334個等效門的微處理器。其生產(chǎn)過程不涉及到硅元素，生產(chǎn)成本大概為同類硅芯片的1/...
塑料也能用于造芯片？
是的，你沒聽錯！
ARM公司宣布他們用一種塑料和薄膜晶體管制成了一種新的處理器PlasticArm。（圖為顯微鏡下的照片）
該處理器是全球首個柔性原生32位、基于ARM架構、高達18334個等效門的微處理器。
其生產(chǎn)過程不涉及到硅元素，生產(chǎn)成本大概為同類硅芯片的1/10。
而這一柔軟靈活、低成本的微處理器將在物聯(lián)網(wǎng)設備中派上用場。
成果現(xiàn)已發(fā)表在Nature：
塑料也可成為芯片材料
目前，幾乎所有電子設備的微處理器都采用硅材料制成。而研究人員將目光轉(zhuǎn)移到了塑料材料，是因為硅有著易碎、不夠靈活、不耐壓力等缺點，這限制了其在日常用品智能化上的可行性。
新的處理器用的塑料叫做聚酰亞胺，號稱“柔術大師”，其彎曲性，靈活度、可變性很高，也是一種耐高溫的塑料，可折疊屏智能手機上就有它的應用。并采用金屬氧化物薄膜晶體管（TFT）技術開發(fā)。薄膜晶體管主要應用于液晶顯示器LCD和有機發(fā)光半導體OLED中。
制作方法為在厚度小于30μm的柔性聚酰亞胺襯底上，利用PragmatIC公司的FlexIC 0.8μm工藝，與IGZO薄膜晶體管結合，最終制成該柔性微處理器。IGZO：氧化銦鎵鋅，一種LCD薄膜晶體管顯示器技術，在一些高端手機上使用，比OLED屏高級，但產(chǎn)量不及OLED。
PlasticArm架構
可以看出，這仍然是一種光刻工藝，采用了旋涂和光刻膠技術。最終PlasticARM有13個材料層和4個可布線的金屬層。由32位Arm Cortex-M0 處理器衍生，可以說是M0 的全功能非硅版本。它完全支持ARMv6-M系列架構，為Cortex-M0 處理器生成的代碼也可以該處理器上運行。并與所有其他Cortex-M系列二進制兼容，與常規(guī)Cortex-M0 一樣，具有16位Thumb ISA和32位Thumb子集，數(shù)據(jù)和地址寬度均為32位，支持86條指令。
而它與硅制M0 內(nèi)核的關鍵區(qū)別在于其寄存器不在CPU內(nèi)，而是映射到RAM中。通過從CPU中刪除寄存器并使用現(xiàn)有RAM作為寄存器空間，此舉以降低寄存器訪問速度為代價，實現(xiàn)了CPU面積約3倍的縮減。
PlasticARM的主要參數(shù)如下：
尺寸為59.2mm2（7.536X7.856，無焊盤），厚度不到30微米，包含56340個器件（n型TFT與電阻器）、18334個NAND2等效門，這數(shù)量比目前最好的集成電路高12倍（對比見后面的表格）。處理器的時鐘頻率為29kHz，消耗功率為21mW（>99%的靜態(tài)功率，45%處理器，33%內(nèi)存，22%IO）。這聽起來可能很小，但在標準硅上實現(xiàn)的M0 只需要10mW多一點就能達到1.77MHz。
另外，SoC芯片引腳一共28針，包括時鐘、復位、GPIO、電源等引腳。
下面是PlasticARM與其他金屬氧化物TFT構建的柔性集成電路對比：
成本更低，可用于物聯(lián)網(wǎng)設備
與ARM一起設計和生該芯片的公司PragmatIC表示，雖然用的材料是新的，但他們在盡可能多地借鑒硅芯片的生產(chǎn)過程。這樣就能實現(xiàn)降低成本批量生產(chǎn)。而這些芯片的成本大概是同類硅芯片的十分之一。斯坦福大學的電氣工程師評價道，這種芯片的復雜性及其包含的晶體管數(shù)量給他留下了深刻印象。
但它也還有局限性：該芯片消耗21毫瓦的能量，但其中只有1%用于執(zhí)行計算；其余的都被浪費了。這主要是它只采用了n型晶體管（但受到該芯片使用的材料限制，p型并不好設計）。該工程師表示，沒準可以換別的柔性材料來降低尺寸和功率，比如碳納米管，當然這會提高成本。
總而言之，哪種柔性材料最終有意義將取決于芯片的應用場景，硅并不總是注定要成為所有電子設備的核心。
雖然Arm的設計似乎沒有證明任何理論突破，但這表明可以生產(chǎn)出一種相對容易制造和使用的處理器用于實際的電子設備。這就是其中令人興奮的部分。因此，研究人員也計劃將PlasticARM率先用來開發(fā)低成本、足夠靈活的智能集成系統(tǒng)，實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”，在未來十年內(nèi)將超過一萬億個無生命物體集成到數(shù)字世界中。END
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