Mikroprocesorová technika prešla v poslednom desaťročí nesmiernym pokrokom a transformáciou. Postupný prechod z elektrónok cez tranzistory a polovodičové integrované obvody (kremíkové čipy) dnes dospel až do štádia, kedy sa spoločnosti venujú výrobe flexibilných mikročipov. Jednou z nich je aj ARM, ktorá sa najnovšie postarala o výrobu plne ohybného a navyše lacného plastového mikroprocesoru.

Plne funkčný plastový mikročip

Vďaka neustále napredovaniu a technologickému vývoju stojíme na prahu histórie, kedy komponenty a obvody nového mikročipu PlasticARM sú tlačené na plastový povrch. Na tému upozornil portál New Scientist

Ako píše spoločnosť Arm, ktorá stojí za výrobou PlasticARM na svojom webe, nový mikročip môže otvoriť úplne nové dvere do sveta plne flexibilnej elektroniky, ktorá bola doposiaľ brzdená vývojom vhodného mikroprocesora.

 Spoločnosť Arm spolu s firmou PragmatIC sa zaoberajú vývojom a realizáciou flexibilného procesoru založeného na technológii Arm od roku 2013. O dva roky neskôr už Mike Muller, vtedajší CTO Arm, predviedol na TechCone prvý mikročip PlasticARM.

Rozloženie a rozmery PlasticARM. John Biggs. Et al. / Nature

Kvôli vtedajším neduhom procesoru a technologickým obmedzeniam išiel vývoj PlasticARM do úzadia a všetko úsilie sa presmerovalo do projektu PlasticArmPit, zameraného na výrobu technológie „e-nose“ schopnej detegovať rôzne pachy.

O pár rokov neskôr spoločnosť PragmatIC vytvorila škálovateľný a nákladovo efektívny model pre výrobu flexibilných integrovaných obvodov FlexLogIC. Slovo dalo slovo, spoločnosti nadviazali vzájomnú spoluprácu a tá 27. októbra 2020 vyústila až do výroby prvého plne funkčného procesoru vyrobeného na flexibilnom substráte od spoločnosti ARM.

Ako teraz vysvetľujú inžinieri zmieňovaných spoločností v príspevku publikovanom žurnálom Nature, PlasticARM zatiaľ nemá rovnakú funkcionalitu ako mikročipy na báze kremíka, ale na nových verziách čipu sa už usilovne pracuje.

Nie prvý, ale najkomplexnejší

Ako píše TheVerge, nejde síce o prvý flexibilný mikročip na svete, ale o zatiaľ najkomplexnejší zo všetkých. PlasticARM je postavený na 32-bitovej architektúre Cortex-M0, čo je v podstate najlacnejší procesor s ultranízkym počtom hradiel z rodiny Cortex-M, o ktorej výrobu sa stará spoločnosť Arm.

Čip dopĺňa 128 bajtová operačná pamäť RAM a 456 bajtová pamäť ROM. Na doske o veľkosti necelých  60 mm² sa nachádza viac ako 18 000 logických hradiel (celkovo viac než 56 000 komponentov), čo podľa výrobcu predstavuje najmenej 12-násobok toho, čo sme mohli vidieť na iných čipoch na báze plastu.

Ako upozorňuje James Myers, ktorý sa na vývoji podieľal, procesor dokáže spúšťať rôzne programy, ale vzhľadom na to, že v súčasnosti využíva iba pamäť ROM, môže zatiaľ spúšťať len programy, s ktorými bol zostavený. Budúce verzie, na ktorých sa aktuálne pracuje, by však mali už využívať plne programovateľnú a flexibilnú pamäť.

Vľavo: Architektúra zobrazujúca vnútornú štruktúru procesora a systémové periférie , Vpravo: Porovnanie vlastnosti Cortext M0 a jeho plastovej verzie ,John Biggs. Et al. / Nature

Práve flexibilita je to, čo robí cely čip nesmierne zaujímavým. PlasticARM využíva plne flexibilné komponenty, v tomto prípade „tenkovrstvové“ tranzistory TFT (thin-film transistors), čo je špeciálny typ tranzistorov riadených poľom s hradlovou oxidovou vrstvou (MOSFET).

Používanie tenkovrstvových polovodičových materiálov ako sú organické látky, oxidy kovov, či amorfný kremík, ponúka oproti bežne využívaným substrátom ako je kremík množstvo výhod – nízke náklady, flexibilita, menšie rozmery. V príspevku tiež autori prezrádzajú, že mikroprocesor môže byť taktovaný na frekvenciu 29 kHz a spotrebuje iba 21 mW. Disponuje tiež 28 pinmi, vrátane univerzálneho vstupno / výstupného pinu (GPIO) a resetu.

Inžinieri neskromne predpokladajú, že PlasticARM bude priekopníkom vo vývoji lacných, plne flexibilných inteligentných integrovaných systémov.

Všetko ale nie je také „ružové“ ako sa na prvý pohľad zdá. Čipy na báze plastov majú totiž množstvo nevýhod, vrátane neefektívneho využitia energie či veľkých rozmerov. Dobrým príkladom je aj uvedený čip PlasticARM.

Spoločnosť Arm síce uvádza, že spotreba je iba 21 mW, avšak na výpočty ide iba 1  % tejto spotreby. Rozmerovo to tiež nie je žiadna sláva. Presný rozmer čipu je 59,2 mm², avšak ako poznamenáva portál AnandTech, Arm dokáže kremíkový procesor architektúry Cortex M0 vtesnať až na 1500-násobne menšiu plochu.