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Nature重磅:​柔性塑料微处理器问世,32位,有望开创万物互联

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高分子科学前沿 2021-07-23 10:55

大约50年前,英特尔创造了世界上第一个商业化的微处理器,4004。一个4位CPU(中央处理单元),集成了2300个晶体管,使用10 μm工艺在硅晶圆上制备,仅仅能够进行简单的算术计算。自这项突破性的成就以来,技术不断发展,目前最先进的64位硅基微处理器已经集成了高达300亿个晶体管(如使用7 nm工艺制备的AWS Graviton2)。微处理器如今已经深入到我们的文化中,成为了一项元发明,可以让其他发明得以实现。最近,它的大数据处理能量使COVID-19疫苗的开发时间大大缩短。

与传统半导体器件不同,柔性电子器件以纸张、塑料或金属箔等材料为基底,并基于有机、金属氧化物或非晶硅等活性薄膜半导体材料制备。与晶体硅相比,它们具有薄、一致性和低制造成本等优点。在柔性基片上制作制备的薄膜晶体管(thin film transistor, TFT)器件的加工成本远低于在硅晶圆上制作的金属氧化物半导体场效应晶体管(metal–oxide–semiconductor field-effect transistors,MOSFET)。这些优势极大地扩大了柔性电子器件的应用范围。

近日,英国ARM公司的Emre Ozer团队在柔性的聚酰亚胺基底上,利用0.8微米金属氧化物TFT技术制备了32位Arm(精简指令集计算reduced instruction set computing,RISC架构)微处理器,称之为PlasticARM。研究人员认为,PlasticARM将成为开发低成本、完全灵活的智能集成系统。未来十年内,超过一万亿的无生命物体都将通过它集成到数字世界中,从而实现万物互联。该研究以“A natively flexible 32-bit Arm microprocessor”为题发表在最新一期的《Nature》上。

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文章亮点:

1、PlasticARM由三个基本组件构成:(1)一个32位CPU,(2)一个包含CPU和CPU外围设备的32位处理器,(3)一个包含处理器、存储器和总线接口的片上系统(system-on-a-chip,SoC)

2、柔性的32位处理器与Armv6-M架构中的Arm Cortex-M 类处理器兼容,可以搭载现有的软件开发工具链(例如,编译器、调试器、连接器、集成开发环境等)。

3、该处理器集成在可从其内部存储器运行程序的电路内,当前版本在装配之后不能更新,但作者认为未来迭代能实现可编程的存储器。

4、PlasticARM集成18334个NAND2等效门,是有史以来最复杂的柔性集成电路,比之前的复杂12倍。

PlasticARM的设计架构与特性

文章链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03625-w

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