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ARM|全球首个塑料ARM芯片登上Nature：成本仅同类硅芯片1/10

塑料也能用于造芯片？
是的，你没听错！
ARM公司宣布他们用一种塑料和薄膜晶体管制成了一种新的处理器PlasticArm 。（图为显微镜下的照片）
ARM|全球首个塑料ARM芯片登上Nature：成本仅同类硅芯片1/10
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【ARM|全球首个塑料ARM芯片登上Nature：成本仅同类硅芯片1/10】该处理器是全球首个柔性原生32位、基于ARM架构、高达18334个等效门的微处理器 。
其生产过程不涉及到硅元素，生产成本大概为同类硅芯片的1/10 。
而这一柔软灵活、低成本的微处理器将在物联网设备中派上用场 。
成果现已发表在Nature：
ARM|全球首个塑料ARM芯片登上Nature：成本仅同类硅芯片1/10
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塑料也可成为芯片材料
目前，几乎所有电子设备的微处理器都采用硅材料制成 。
而研究人员将目光转移到了塑料材料，是因为硅有着易碎、不够灵活、不耐压力等缺点，这限制了其在日常用品智能化上的可行性 。
新的处理器用的塑料叫做聚酰亚胺，号称“柔术大师”，其弯曲性，灵活度、可变性很高，也是一种耐高温的塑料，可折叠屏智能手机上就有它的应用 。
并采用金属氧化物薄膜晶体管（TFT）技术开发 。
薄膜晶体管主要应用于液晶显示器LCD和有机发光半导体OLED中 。
制作方法为在厚度小于30μm的柔性聚酰亚胺衬底上，利用PragmatIC公司的FlexIC 0.8μm工艺，与IGZO薄膜晶体管结合，最终制成该柔性微处理器 。
IGZO：氧化铟镓锌，一种LCD薄膜晶体管显示器技术，在一些高端手机上使用，比OLED屏高级，但产量不及OLED 。
ARM|全球首个塑料ARM芯片登上Nature：成本仅同类硅芯片1/10
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PlasticArm架构
可以看出，这仍然是一种光刻工艺，采用了旋涂和光刻胶技术 。
最终PlasticARM有13个材料层和4个可布线的金属层 。
由32位Arm Cortex-M0+处理器衍生，可以说是M0+的全功能非硅版本 。
它完全支持ARMv6-M系列架构，为Cortex-M0+处理器生成的代码也可以该处理器上运行 。
并与所有其他Cortex-M系列二进制兼容，与常规Cortex-M0+一样，具有16位Thumb ISA和32位Thumb子集，数据和地址宽度均为32位，支持86条指令 。
ARM|全球首个塑料ARM芯片登上Nature：成本仅同类硅芯片1/10
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而它与硅制M0+内核的关键区别在于其寄存器不在CPU内，而是映射到RAM中 。
通过从CPU中删除寄存器并使用现有RAM作为寄存器空间，此举以降低寄存器访问速度为代价，实现了CPU面积约3倍的缩减 。
PlasticARM的主要参数如下：
ARM|全球首个塑料ARM芯片登上Nature：成本仅同类硅芯片1/10
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尺寸为59.2mm2（7.536X7.856，无焊盘），厚度不到30微米，包含56340个器件（n型TFT与电阻器）、18334个NAND2等效门，这数量比目前最好的集成电路高12倍（对比见后面的表格） 。
处理器的时钟频率为29kHz，消耗功率为21mW（>99%的静态功率，45%处理器，33%内存，22%IO） 。
这听起来可能很小，但在标准硅上实现的M0+只需要10mW多一点就能达到1.77MHz 。
另外，SoC芯片引脚一共28针，包括时钟、复位、GPIO、电源等引脚 。
下面是PlasticARM与其他金属氧化物TFT构建的柔性集成电路对比：
ARM|全球首个塑料ARM芯片登上Nature：成本仅同类硅芯片1/10
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成本更低，可用于物联网设备
与ARM一起设计和生该芯片的公司PragmatIC表示，虽然用的材料是新的，但他们在尽可能多地借鉴硅芯片的生产过程 。这样就能实现降低成本批量生产 。
而这些芯片的成本大概是同类硅芯片的十分之一 。
斯坦福大学的电气工程师评价道，这种芯片的复杂性及其包含的晶体管数量给他留下了深刻印象 。
但它也还有局限性：该芯片消耗21毫瓦的能量，但其中只有1%用于执行计算；其余的都被浪费了 。
这主要是它只采用了n型晶体管（但受到该芯片使用的材料限制，p型并不好设计） 。
该工程师表示，没准可以换别的柔性材料来降低尺寸和功率，比如碳纳米管，当然这会提高成本 。
总而言之，哪种柔性材料最终有意义将取决于芯片的应用场景，硅并不总是注定要成为所有电子设备的核心 。


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