Современные центральные процессоры демонстрируют превосходную вычислительную мощность и способны эффективно обрабатывать множество процессов параллельно. Тем не менее, их значительная себестоимость изготовления является барьером для их повсеместного распространения во многих электронных приборах. Но скоро, возможно, простые бытовые вещи (мебель, посуда, одежда и даже разовая упаковка готовой еды) станут «умными».
Для их «мозгов» совсем не нужен будет высокопроизводительный «камень». А если производители не станут добавлять "умные" функции в свои товары, то они быстро потеряют конкурентоспособность. Одним из способов сделать "умные" технологии доступными является использование пластиковых микрочипов для создания простых дешевых микропроцессоров.
Пластиковый Flexicore4
Исследовательской группе от компании PragmatIC Semiconductor удалось создать сверхдешевый процессор Flexicore4, стоимость которого составляет около цента за штуку. Такая низкая цена открывает широкие возможности для его повсеместного использования.
В связи с тем, что процент успешно произведенных процессоров уменьшается по мере усложнения их логической структуры, в Flexicore4 было принято решение применять 4-битные решения вместо 16- или 32-битных. Есть возможность создания и 8-битных пластиковых GPU, но цена их значительно выше, да и процент качества сильно низкий. Так что для решения простых задач достаточно четырёхбитной архитектуры. Поэтому 8-бит не обеспечивают достаточной рентабельности, чтобы покрыть примерно такие же производственные затраты.
Благодаря оптимизированной архитектуре памяти и набору инструкций, FlexiCore отличается меньшим количеством аппаратных компонентов и более простой логикой исполнения. Такая конструкция позволяет эффективно задействовать одни и те же блоки для решения разнообразных задач. Это приводит к значительному снижению общего количества транзисторов. Важным аспектом разработки стало достижение производительности. Пластиковый Flexicore4 обрабатывает одну инструкцию за один тактовый цикл.
FlexiCore разработан на базе гибкой тонкопленочной полупроводниковой технологии с использованием IGZO (оксида индия-галлия-цинка), материала, применяемого в производстве дисплейных матриц. Этот 4-битный инженерный образец отличается высокой плотностью размещения компонентов: он содержит 4 физических ядра и 2104 транзистора на компактной площади 5.6 мм². Доля же годных к использованию пластиковых процессоров относительно высокая.
В отчёте IEEE Spectrum компании производителя Flexicore4 говорится о характерных экономических параметрах производства процессоров:
· Доля годных к использованию процессоров составляет более 80%, то есть из каждого 100 произведённых более 80 штук подходят для продажи или интеграции в устройства.
· Себестоимость производства одного процессора не превышает 1 рубль.
· 8-битные процессоры такого же типа, пока ещё не обеспечивают достаточной рентабельности, чтобы покрыть эти затраты даже при себестоимости не более 1 рубля (то есть одному пенни — минимальной денежной единице, приблизительно 1 копейке в системе, где 1 рубль = 100 копеек).
Это значит, что несмотря на экономичность производственного процесса и достаточно высокий процент пригодной продукции, спрос или цена реализации 8-битных процессоров таковы, что с них нельзя сгенерировать прибыль, покрывающую затраты производства в 1 рубль на штуку. Другими словами, они неэффективны с точки зрения бизнес-модели даже при такой низкой их себестоимости.
Почему кремниевые процессоры дорогие, а пластиковые – дешёвые?
Дело в том, что для простейшего процессора с 4-битной архитектурой не нужна большая интеграция. Поэтому пластиковый чип можно выполнить простым методом склеивания или печати. Для кремния такие способы обработки не подойдут, его изготавливают литографией, а это более дорогостоящий процесс. Впрочем, на кристалле кремния можно разместить тысячи маленьких микросхемочек и удешевить весь процесс.
Но, готовый такой кристальчик надо ещё вырезать и «присобачить» к нему выводы. Причём всё это надо сделать надёжно, чтобы микросхемы не глюкнули при эксплуатации. Впрочем, всё это можно сделать при современных технологиях, но это будет иметь соответствующую цену. Так что впаять кристалл и сделать электронную обвязку в какой-нибудь безделушке можно, но это будет стоить относительно дорого. Проще наштамповать готовых пластиковых микросхем и из них 20% сразу выбросить, как неисправные.