Специалисты ARM представили пластиковую версию процессора Cortex-M0. Решение с тонкопленочными транзисторами на полиамидной подложке унаследовало все возможности популярного микроконтроллера.
Революция на рынке?
PlasticARM – система на чипе (SoC), разработанная совместно с PragmatIC. Она содержит 128 байт памяти RAM и 456 байт ROM. Ядра построены на архитектуре ARMv6-M и поддерживают 86 16-битных инструкций Thumb ISA. Ширина адресов и данных – 32 бита.
Основа PlasticARM – тонкопленочные транзисторы IGZO TFT на гибкой подложке. Процессор включает 13 слоев, из них 4 – металлических. Такое решение дешево обходится в массовом производстве и потенциально может снизить стоимость простой потребительской электроники.
Разработчики сравнивают создание PlasticARM с Intel 4004 – первым коммерчески успешным кремниевым процессором. Он поддерживал 4-битную адресацию, включал всего 2,3 тыс. транзисторов и был пригоден для сравнительно простых вычислений. Но в 1971 году Intel 4004 совершил революцию на рынке: чипсет за 200 долларов реализовывал потенциал крупной вычислительной машины. Он выполнял до 93 тыс. инструкций в секунду, тогда как американская ЭВМ ENIAC, весившая 27 тонн и потреблявшая 174 кВт энергии – всего 5 тыс. инструкций.
Сравнение с Cortex-M0
Cortex-M0 – минималистичный и не слишком производительный процессор, но имеет широкий спектр применений. Он потребляет мало энергии и используется в создании простых интегральных схем с жесткими требованиями по питанию.
Главное отличие PlasticARM от Cortex-M0, помимо материала – в расположении регистрового файла, модуля с реализацией процессорных регистров. Он отображается на 128-байтовый банк DRAM, а не находится внутри чипа. Такая реализация оказалась проще при использовании гибких транзисторов. В то же время пластиковый чип бинарно совместим с кремниевым Cortex-M0.
Площадь PlasticARM в 1,5 тыс. раз больше кремниевого прототипа: 59,2 мм2 против 0,04 мм2. Разработчики использовали 800-нм техпроцесс, что для кремниевых 7-10-нм чипов немыслимо.
Рабочая частота PlasticARM в 1,6-2,5 тыс. раз ниже, чем у Cortex-M0: 20-29 кГц против 50 МГц. При этом энергопотребление пластикового чипа составляет 21 мВт против 85 мкВт у кремниевого – в 247 раз выше в силу размеров.
Применение
PlasticARM – не первый гибкий процессор. Но в ARM утверждают, что он в 12 раз мощнее решений, представленных ранее.
Конечно, пластиковый чип не заменит классический Cortex-M0 в создании больших интегральных схем. Но PlasticARM может стать отправной точкой в ряду дешевых ультратонких микропроцессоров. Их планируют встраивать не только в технику, но и, например, в упаковку для отслеживания в логистических системах или в одежду для сбора информации о здоровье. Если тонкий процессор поместить в тару для продуктов, он поможет определить, когда еда испортится. Если интегрировать в медицинские повязки, врач сможет удаленно наблюдать за ходом лечения пациента.
Чтобы масштабировать процессор и обеспечить повышение мощности при уменьшении размеров и снижении энергопотребления, нужны новые библиотечные элементы и технологические подходы. Проект PlasticARM стартовал в 2013 году, и только после внедрение разработок PragmatIC, в частности, FlexLogIC, позволило решить ключевые вопросы. Но специалисты верят в перспективы технологии и надеются разработать более компактные и энергоэффективные чипы в ближайшие несколько лет.