Компания Pragmatic стремилась создать гибкий микрочип, который стоил бы значительно дешевле, чем кремниевый процессор. Новое устройство, названное Flex-RV, представляет собой 32-битный микропроцессор на основе металл-оксид-полупроводника индий-галлий-цинк-оксида (IGZO ).
Попытки создания гибких устройств из кремния требуют специальной упаковки для хрупких микрочипов, чтобы защитить их от механических напряжений изгиба и растяжения. Напротив, гибкие тонкопленочные транзисторы из IGZO могут быть изготовлены непосредственно при низких температурах на гибких пластиках, что приводит к снижению затрат.
Новый микрочип основан на наборе инструкций RISC-V (RISC — компьютер с сокращенным набором инструкций). Впервые представленный в 2010 году, RISC-V направлен на создание процессоров меньшего размера, с меньшим энергопотреблением и более высокой производительностью за счет сокращения основного набора инструкций, которые они могут выполнять.
«Наша конечная цель — разработать микропроцессор, не требующий лицензии», — говорят разработчики.
Существует ли замена традиционным процессорам?
RISC-V является одновременно бесплатным и открытым исходным кодом, что позволяет разработчикам микросхем избегать дорогостоящих лицензионных сборов, связанных с проприетарными архитектурами, такими как x86 и Arm. Кроме того, проприетарные архитектуры предлагают ограниченные возможности для их настройки, поскольку добавление новых инструкций, как правило, ограничено. Напротив, RISC-V поощряет такие изменения.
Старший директор по разработке процессоров в Pragmatic Эмре Озер (Emre Ozer): «Мы выбрали Serv, разработанный Олофом Киндгреном (Olof Kindgren)... в качестве 32-битного RISC-V-процессора с открытым исходным кодом, когда мы проектировали Flex-RV», — говорит Озер. «Serv — это самый маленький процессор RISC-V в сообществе разработчиков программного обеспечения с открытым исходным кодом».
Каждый микропроцессор Flex-RV имеет ядро площадью 17,5 квадратных миллиметров. Исследовательская группа обнаружила, что он может работать на частоте до 60 килогерц, потребляя при этом менее 6 милливатт мощности.
Все предыдущие гибкие некремниевые микропроцессоры тестировались исключительно на пластинах, на которых они были сделаны. В отличие от них, Flex-RV тестировался на гибких печатных платах, что позволило исследователям увидеть, насколько хорошо он работает при изгибе. Команда Pragmatic обнаружила, что Flex-RV все еще может правильно выполнять программы, будучи согнутым по кривой с радиусом 3 миллиметра. Производительность варьировалась от замедления на 4,3 процента до ускорения на 2,3 процента в зависимости от того, как он был согнут. «Необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять, как условия изгиба, такие как направление, ориентация и угол, влияют на производительность в макро- и микромасштабах», — говорит Озер.
Кремниевые микрочипы могут работать на гигагерцовых скоростях, намного быстрее, чем Flex-RV, но это не должно быть проблемой, по словам Озера. «Многие датчики — например, температуры, давления, запаха, влажности, pH и т. д. — в мире гибкой электроники обычно работают очень медленно в герцовых или килогерцовых режимах», — говорит он. «Эти датчики используются в интеллектуальной упаковке, этикетках и носимой медицинской электронике, которые являются новыми приложениями, для которых будут полезны гибкие микропроцессоры. Работа микропроцессора на частоте 60 кГц будет более чем достаточно для удовлетворения требований этих приложений».
Озер и его команда предполагают, что каждый Flex-RV может стоить меньше доллара. Они уверены, что такие низкие цены возможны «благодаря недорогой гибкой технологии изготовления чипов от Pragmatic и безлицензионной технологии RISC-V».