芯東西7月23日消息，當地時間7月21日，Arm首款基於柔性塑膠的32位微處理器PlasticARM刊登在了頂級學術期刊《自然》上。 PlasticARM由56340個NMOS（N型金屬-氧化物-半導體）晶體管和電阻器組成，面積為59.2mm2，時鐘頻率最高可達29KHz，功耗僅為21mW。

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編譯 | 高歌

編輯 | 心緣

PlasticARM採用了薄膜晶體管（TFT），可以彎曲到曲率半徑為3mm的程度。

這款微處理器由Arm投資的英國柔性IC製造廠商PragmatIC製造，採用FlexLogIC 200mm晶圓工藝，晶元製程為0.8μm，具有低成本大批量製造潛力。

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

一、長跑6年，可用於物聯網等低功耗場景

在過去的20年中，記憶體、感測器、電池、發光二極體等都出現了低成本的柔性解決方案。 但是微處理器方面，人們卻只能將矽基微處理器管芯集成到柔性基板上，從而得到柔性化的微處理器。 而這一方案，需要採用傳統的晶元製造工藝，成本過高，遠無法達到日常用品智慧化的要求。

根據論文，PlasticARM並非要取代傳統的矽基晶片，但它可以真正地讓飲料瓶、食品包裝、服裝、繃帶、可穿戴設備等日常用品實現智慧化。

▲Arm时任CTO Mike Muller在展示塑料芯片样品

基于此，Arm早在2015年就透露了基于Cortex M0的塑料片上系统（SoC）研发计划。在11月24日的Arm TechCon上，时任Arm CTO的Mike Muller展示了塑料芯片样品，他还暗示这种设计可以应用到物联网等低功耗应用场景中。

在活动中，Mike Muller与PragmatIC的首席执行官Scott White进行了电话交流。但当时PragmatIC还在忙于开发一个模拟组件库，其时间表并不明确。

时间流转到今日，长跑6年的柔性塑料微处理器终于正式发表，这是否又意味着全智能化时代的步伐正在临近呢？

二、采用0.8μm工艺，逻辑门超18000个

PlasticARM采用了PragmatIC的0.8μm工艺，在其位于英国塞奇菲尔德的“fab-in-a-box”晶圆厂中制造。

研究人员称，PlasticARM拥有超过18000个逻辑门，比之前的柔性集成电路高12倍，是迄今为止最复杂的柔性集成电路。而在PlasticARM的基础上，人们可以构建低成本、可弯曲的智能集成系统，实现真正的“万物互联”。

PlasticARM也不完美。据悉，Arm正在开发低功耗单元库，可支持多达10万门的塑料设计，以解决柔性塑料的散热问题。但是PragmatIC的NMOS技术可能无法实现10万门的迁移，需要采用CMOS技术，而这可能还要花费数年的时间。

尽管如此，研究人员预计，未来十年，PlasticARM将把超过1万亿个产品集成到数字世界中，为生活、科研、商业等多个维度带来改革契机。

三、采用薄膜晶体管，成本较低、可弯曲

相比當今常用的金屬氧化物半導體場效應管（MOSFET），Arm採用了薄膜晶體管（TFT），其在厚度、整合性和製造成本上都有著顯著優勢。

在製造工藝上，研究人員選擇了柔性電子製造技術，該技術也被稱為天然柔性加工引擎（natively flexible processing engine）。 採用了這一技術製造的金屬氧化物薄膜晶體管成本較低，尺寸也符合大規模集成的要求。

▲配有I/O的柔性Arm Cortex-M SoC

值得一提的是，PlasticARM相比最近發佈的柔性機器學習硬體，通用程度更高，還支援豐富的指令集，可以用於編寫機器學習等各類應用程式。

PlasticARM主要分為3個層次，分別是32位CPU;包含CPU和CPU外設的32位處理器;以及包含處理器、記憶體和總線介面的片上系統（SoC），SoC也就是PlasticARM。

其CPU為支援Armv6-M架構的Arm Cortex-M CPU。 和Cortex-M0+有所不同的是，為了節省CPU面積，Cortex-M CPU的寄存器被安置到了隨機存取記憶體RAM中。 而且兩個CPU彼此二進位相容，還與同一架構系列下的其他CPU相容。

由於該SoC與Arm Cortex-M類處理器相容，因此它可以搭載現有的軟體/工具，無需建設新的軟體工具生態。

處理器由CPU和與CPU緊密耦合的內嵌向量中斷控制器（NVIC）組成，用於處理來自外部設備的中斷。

除了32位處理器，SoC還有記憶體（ROM/RAM）、AHB-LITE互連結構和邏輯介面、總線介面等部分。

▲PlasticARM結構（左）與2款CPU對比（右）

結語：PlasticARM或成「萬物智聯」基礎

隨著PlasticARM的問世，可穿戴設備、電子皮膚等或將迎來新的發育機會。 雖然其製程較矽基晶片較低，但是PlasticARM低成本、低功耗、可使用現有軟體工具的特性，或許能夠成為很多行業突破的良機。

雖然PlasticARM還沒有實現商業化，但展望未來「萬物智聯」時代，今天將會是一個重要的節點。

來源：《自然》、eeNews Europe