Membuat kerepek pada plastik dengan harga kurang daripada 1 sen setiap satu

Bayangkan bahawa objek di sekeliling anda penuh dengan kecerdasan Pembalut, kulit pisang, botol, dan lain-lain semuanya pintar. Pada masa ini, adegan seperti ini hanya boleh muncul dalam filem fiksyen sains. Anda mungkin tertanya-tanya, dengan perkembangan pesat teknologi masa kini, kenapa semua ini masih belum direalisasikan Ini kerana manusia masih belum menghasilkan pemproses yang murah.

Bilangan peranti IoT di seluruh dunia meningkat berbilion-bilion setiap tahun. Ia mungkin kelihatan seperti jumlah yang besar, tetapi sebenarnya potensi di kawasan ini adalah lebih besar, dan cip silikon yang agak mahal menahannya. Penyelesaiannya mungkin dengan memperkenalkan cip plastik yang berkali-kali lebih murah.

Sesetengah institusi penyelidikan telah melakukan pelbagai percubaan sebelum ini, sebagai contoh, pada tahun 2021, Arm melancarkan prototaip cip plastik baharu PlasticArm M0, yang boleh mencetak litar terus pada kertas, plastik atau fabrik substrat. Sebaliknya, ia menggunakan teras pemproses plastik, yang merupakan projek yang telah diteliti Arm selama hampir sepuluh tahun, tetapi walaupun begitu penyelidikan Arm tidak dapat memenuhi piawaian.

Masalahnya, kata jurutera di University of Illinois di Urbana-Champaign dan pembuat cip British PragmatIC Semiconductor, ialah walaupun mikropengawal standard industri yang paling mudah adalah terlalu kompleks untuk dihasilkan secara besar-besaran pada plastik.

Pada Simposium Antarabangsa Seni Bina Komputer akhir bulan ini, pasukan penyelidik dari Universiti Illinois di Urbana-Champaign akan menunjukkan Pemproses plastik yang ringkas tetapi berfungsi yang boleh dihasilkan dengan harga kurang daripada satu sen. Pasukan itu mereka bentuk pemproses 4-bit dan 8-bit. Walau bagaimanapun, butiran lanjut kajian ini belum didedahkan kepada umum.

Ketua pasukan Rakesh Kumar berkata, "Kira-kira 81% daripada pemproses 4-bit boleh berfungsi, yang cukup untuk memecahkan ambang 1 sen

Rakesh Kumar

Kumar berkata bahawa elektronik fleksibel telah membahagikan pasaran selama beberapa dekad, dan pemproses yang dibuat oleh pasukan itu dibuat menggunakan semikonduktor filem nipis fleksibel indium gallium zinc oxide (IGZO), yang semikonduktor filem nipis boleh dibina di atas plastik dan terus berfungsi walaupun dibengkokkan dalam radius beberapa milimeter. Tetapi sementara proses pembuatan yang kukuh adalah prasyarat, reka bentuk yang membuat perbezaan.

Sumber imej: https://technewsspace.com/scientists-have-developed-penny-plastic-flexicore-chips-they-promise-to-revolutionize -the-internet-of-things/

Mengapa tidak silikon?

Anda mungkin tertanya-tanya, mengapa pemproses silikon tidak boleh dibuat dengan sangat murah dan mempunyai prestasi pengkomputeran yang fleksibel? Analisis Kumar menyimpulkan bahawa ini adalah mustahil. Silikon adalah mahal dan tidak fleksibel berbanding dengan plastik, dan jika anda membuat cip plastik cukup kecil, ia boleh terus berfungsi dalam julat selekoh. Terdapat dua sebab mengapa silikon gagal: Satu ialah walaupun luas litar boleh dibuat sangat kecil, anda masih perlu meninggalkan ruang yang agak besar di tepi cip untuk memotong cip daripada wafer. Untuk mikropengawal biasa, terdapat lebih banyak ruang di tepi cip daripada kawasan yang mengandungi litar. Apatah lagi, anda juga memerlukan lebih banyak ruang untuk memasang pad I/O yang mencukupi supaya data dan kuasa boleh memasuki cip. Akibatnya, wafer silikon kosong akan terbuang.

Daripada menyesuaikan seni bina mikropengawal sedia ada kepada plastik, pasukan Kumar mencipta reka bentuk yang dipanggil Flexicore dari awal. Oleh kerana kadar sekerap meningkat dengan bilangan elemen logik. Mengetahui perkara ini, mereka menghasilkan reka bentuk alternatif yang bertujuan untuk meminimumkan bilangan pintu yang diperlukan. Mereka menggunakan logik 4-bit dan 8-bit dan bukannya logik 16-bit atau 32-bit. Seperti memisahkan memori di mana arahan disimpan daripada memori di mana data disimpan. Tetapi ini datang dengan mengurangkan bilangan dan kerumitan arahan yang boleh dilaksanakan oleh pemproses.

Pasukan ini memudahkan lagi reka bentuk pemproses, mereka bentuknya untuk melaksanakan arahan dalam satu kitaran jam dan bukannya saluran paip berbilang langkah CPU hari ini. Mereka kemudiannya melaksanakan logik untuk arahan ini dengan menggunakan semula bahagian, yang seterusnya mengurangkan kiraan pintu. "Secara keseluruhan, kami dapat memudahkan reka bentuk FlexiCores dengan menyesuaikannya dengan keperluan aplikasi fleksibel, yang cenderung untuk pengiraan mudah," kata pelajar Kumar Nathaniel Bleier.

Melalui reka bentuk di atas, pasukan itu mencapai cip FlexiCore 4-bit dengan 5.6 mm^2, yang terdiri daripada hanya 2104 peranti semikonduktor (kira-kira bilangan transistor yang sama dalam Intel 4004 klasik pada tahun 1971), berbanding dengan tahun lepas PlasticARM, mikropemproses lembut yang dibangunkan oleh pasukan Arm, terdiri daripada kira-kira 56,340 peranti. "Dari segi kiraan pintu, FlexiCore ialah susunan magnitud kurang daripada mikropengawal silikon terkecil," kata Nathaniel Bleier.

Jurutera menggunakan proses pembuatan PragmatIC untuk mengarang mikropengawal 4-bit pada plastik.

FlexiCore juga menampilkan memori on-board yang dioptimumkan dan set arahan untuk meminimumkan kiraan transistor dan mengurangkan kerumitan. Para penyelidik juga mereka bentuk komponen logik supaya mereka boleh menggunakan bilangan minimum transistor. Lagipun, pemproses direka untuk melaksanakan satu arahan dalam satu kitaran jam.

Juga pasukan membangunkan versi 8-bit FlexiCore, tetapi hasilnya tidak begitu baik.

"Ini adalah jenis inovasi reka bentuk yang diperlukan untuk menyokong elektronik yang benar-benar ada di mana-mana," kata Scott White, Ketua Pegawai Eksekutif PragmatIC Semiconductor.

Dengan teknologi PragmatIC, pasukan itu menghasilkan wafer bersalut plastik dengan pemproses 4-bit dan 8-bit, mengujinya dalam berbilang atur cara pada voltan berbeza dan membengkokkannya tanpa belas kasihan . Percubaan itu mungkin kelihatan asas, tetapi menurut Kumar, ia adalah pecah tanah. Kebanyakan pemproses yang dibina menggunakan teknologi bukan silikon mempunyai hasil yang lemah sehingga keputusan hanya boleh dilaporkan daripada satu atau paling banyak beberapa cip yang berfungsi. "Setakat yang kami tahu, ini adalah kali pertama data daripada teknologi bukan silikon merentas pelbagai cip boleh dilaporkan," kata Kumar.

PragmatIC telah mengusahakan cip kos rendah

Kumar memerhatikan bahawa industri cip bertujuan untuk mempunyai kedua-dua metrik kuasa dan prestasi, bersama-sama dengan beberapa tahap kebolehpercayaan. Mereka tidak menumpukan pada kos, konsistensi dan penipisan cip. Sebaliknya, tumpuan adalah untuk membina seni bina komputer baharu dan menyasarkan aplikasi baharu.

John A. Rogers, perintis dalam elektronik fleksibel di Northwestern University, menyifatkan kerja itu mengagumkan dan menantikan perkembangan masa depan dalam penyelidikan ini.

Sudah tentu, ini hanya kajian ini yang telah dilakukan setakat ini, dan terdapat banyak lagi kerja yang perlu dilakukan sebelum penyelesaian FlexiCore atau penyelesaian serupa tersedia secara komersial. Walau bagaimanapun, penyelidik telah cuba mengoptimumkan penyelesaian mereka untuk proses yang berbeza dan beban kerja sasaran, dengan sedikit kejayaan. Terdapat juga soalan tentang cara lenturan mempengaruhi prestasi dan ketahanan cip plastik.

Walau bagaimanapun, dengan pemproses plastik murah dan elektronik fleksibel yang menjadi arus perdana, kita mungkin akan melihat permulaan elektronik yang benar-benar ada di mana-mana. Cip jenis ini boleh diletakkan pada pembungkusan hampir mana-mana produk atau pada tampalan perubatan, dan medan penggunaannya tidak lagi terhad.

Atas ialah kandungan terperinci Membuat kerepek pada plastik dengan harga kurang daripada 1 sen setiap satu. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!