ARM发布32位塑料芯片：充分发挥物联网的潜力

自从半导体发明以来，芯片的固有印象就是它们都是基于硅的。 7 月 21 日，ARM 携基于柔性塑料的 32 位微处理器——PlasticARM 登上顶级学习期刊《自然》，旨在在低成本的塑料、纸张或织物上印刷电路，以实现万物互联的目标。

PlasticARM 是与 Arm 和柔性电子制造商 PragmatIC 合作设计的。尽管PlasticARM不是第一个柔性芯片，但它具有与硅基芯片设计相同的功能。 ARM芯片的面积为59.2mm2，并有一个（薄膜n型晶体管和一个电阻；TFT层使用电阻更高的光刻材料，在不增加电阻的情况下实现尺寸减小）NMOS（N-型金属氧化物半导体）由晶体管和电阻组成，最高频率为29KHz，功耗仅为21mW。

微芯片采用入门级32位Cortex-M0内核，支持ARMv6-M架构，32位数据和地址宽度，辅以2级时序设计流水线，支持86条指令，它与所有 Cortex M0 二进制内核兼容。该芯片还具有 16 位 Thumb ISA 和 32 位 Thumb 子集、128 字节 RAM 和 456 字节 ROM。论文预测了一个NAND2门的等效硅设计，其中99%是静态功耗（45%核心/33%内存/22%IO），ARM声称这个数字至少是之前塑料芯片的12倍.

PlasticARM 仍然采用光刻工艺，需要使用旋涂和光刻胶技术。最终产品有 13 个材料层和 4 个可布线的金属层。自从IGZO显示技术投入使用后，TFT设计变得相当流行，生产成本也相当低。 PlasticARM 只能运行三个在制造过程中硬连线到电路的测试程序。 ARM 研究人员表示，他们正在开发一个允许安装新代码的版本。

PlasticARM内核采用等效的800nm TFT工艺，芯片上的28个引脚允许时钟信号产生、复位、GPIO、供电和调试。与硅基M0内核相比，“塑料”M0并没有将寄存器放在CPU内部，而是选择将其映射到128字节的DRAM上，可以实现更好的对TFT的支持。

在芯片尺寸方面，PlasticARM的芯片尺寸为59.2mm2。相比之下，使用台积电 90nm 硅工艺的 Cortex M0 芯片的典型尺寸为 0.04 mm2。两者的芯片尺寸接近1500倍。此外，PlasticARM 在 3V 输入下的频率在 20-29 kHz 之间。针对功率（而非频率）优化的 180nm 超低泄漏工艺使 M0 能够在 50 MHz 的频率下运行（相差 1600-2500 倍）。

基于塑料的微芯片存在重大缺陷。短期内它们无法取代硅基处理器，塑料微芯片的能耗、密度和性能都被硅基芯片扼杀了。例如 PlatticARM 耗电 21 毫瓦，其中 99% 被浪费掉，只有 1% 被捕获用于计算。

由于 PlatticARM 芯片采用柔性金属氧化物薄膜晶体管 (TFT) 组件，与基于脆性硅基板的处理器相比，它们可以在曲面上打印而不会断线，这让它们具有在诸如塑料和纸还允许将微芯片用于各种目的，例如替换婴儿奶瓶上的失效日期标记。

ARM表示，PlasticARM微芯片将在未来十年打造一个全新的“万物互联”世界，芯片将集成到“超过一万亿个无生命物体”中。

小编点评：大部分用户并不关心芯片是硅基还是塑料，但PlasticARM的出现将进一步拓展“万物互联”，为可穿戴设备等技术带来新机遇和电子皮肤。即便性能和能效远不及硅基芯片，但PlasticARM的低成本、低功耗以及配套软件工具的特点，将为物联网提供诸多机遇，推动物联网的发展。

文章来源：《塑料》 网址: http://www.slzzs.cn/zonghexinwen/2021/0727/1447.html