Fabriquer des chips sur du plastique pour moins de 1 centime pièce

Imaginez que les objets qui vous entourent sont pleins d'intelligence. Un pansement, une peau de banane, une bouteille, etc. sont tous intelligents. À l’heure actuelle, ce genre de scène ne peut apparaître que dans les films de science-fiction. Vous vous demandez peut-être, avec le développement rapide de la technologie aujourd’hui, pourquoi tout cela n’a pas été réalisé. C’est parce que les humains n’ont pas encore produit de processeurs bon marché.

Le nombre d’appareils IoT dans le monde augmente de plusieurs milliards chaque année. Cela peut paraître énorme, mais en réalité, le potentiel dans ce domaine est bien plus important et des puces de silicium assez coûteuses le freinent. La solution pourrait être d’introduire des copeaux de plastique plusieurs fois moins chers.

Certains instituts de recherche ont déjà fait diverses tentatives. Par exemple, en 2021, Arm a lancé le nouveau prototype de puce en plastique PlasticArm M0, qui peut imprimer des circuits directement sur du papier, du plastique ou du tissu. Cette puce n'utilise pas de silicium comme substrat, mais. plastique Le cœur du processeur est un projet sur lequel Arm étudie depuis près de dix ans, mais malgré cela, les recherches d'Arm ne peuvent pas répondre aux normes.

Le problème, affirment les ingénieurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et le fabricant britannique de puces PragmatIC Semiconductor, est que même les microcontrôleurs standards les plus simples sont trop complexes pour être produits en série sur du plastique.

Lors du Symposium international sur l'architecture informatique qui se tiendra plus tard ce mois-ci, une équipe de recherche de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign fera la démonstration d'un processeur en plastique simple mais entièrement fonctionnel. Ce type de processeur peut être construit pour moins de 1 centime (sous- penny). L'équipe a conçu des processeurs 4 bits et 8 bits. Cependant, aucun détail supplémentaire sur cette étude n’a été rendu public.

Le chef d'équipe, Rakesh Kumar, a déclaré : "Environ 81 % des processeurs 4 bits peuvent fonctionner, ce qui est suffisant pour dépasser le seuil de 1 centime." , le processeur de l'équipe est fabriqué à partir d'un semi-conducteur à couche mince flexible, l'oxyde d'indium-gallium-zinc (IGZO), qui peut être construit sur du plastique et se plier même dans un rayon de quelques millimètres. Mais même si un processus de fabrication solide est une condition préalable, c’est la conception qui fait la différence.

Source de l'image : https://technewsspace.com/scientists-have-developed-penny-plastic-flexicore-chips-they-promise-to-revolutionize-the-internet-of-things/

Pourquoi pas le silicium ?

Vous vous demandez peut-être pourquoi les processeurs en silicium ne peuvent-ils pas être rendus très bon marché et offrir des performances informatiques flexibles ? L'analyse de Kumar a conclu que cela était impossible. Le silicium est cher et rigide par rapport au plastique, et si vous fabriquez une puce en plastique suffisamment petite, elle peut continuer à fonctionner dans la plage de courbures. Il y a deux raisons pour lesquelles le silicium échoue : La première est que même si la surface du circuit peut être très petite, vous devez toujours laisser un espace relativement grand au bord de la puce pour découper la puce de la tranche. Pour un microcontrôleur typique, il y a plus d'espace au bord de la puce que dans la zone contenant les circuits. De plus, vous avez également besoin de plus d'espace pour installer suffisamment de pads d'E/S afin que les données et l'alimentation puissent entrer dans la puce. En conséquence, des tranches de silicium vierges seront gaspillées.

Plutôt que d’adapter une architecture de microcontrôleur existante au plastique, l’équipe de Kumar a créé à partir de zéro un design appelé Flexicore. Puisque le taux de rebut augmente avec le nombre d’éléments logiques. Sachant cela, ils ont imaginé une conception alternative visant à minimiser le nombre de portes nécessaires. Ils utilisent une logique 4 bits et 8 bits au lieu d'une logique 16 bits ou 32 bits. C'est comme séparer la mémoire où les instructions sont stockées de la mémoire où les données sont stockées. Mais cela s’accompagne d’une réduction du nombre et de la complexité des instructions que le processeur peut exécuter.

L'équipe a encore simplifié la conception du processeur, en le concevant pour exécuter des instructions en un seul cycle d'horloge au lieu du pipeline à plusieurs étapes des processeurs actuels. Ils ont ensuite implémenté la logique de ces instructions en réutilisant des pièces, ce qui a encore réduit le nombre de portes. "Dans l'ensemble, nous avons pu simplifier la conception des FlexiCores en les adaptant aux besoins des applications flexibles, qui ont tendance à être simples sur le plan informatique", a déclaré Nathaniel Bleier, étudiant à Kumar.

Grâce à la conception ci-dessus, l'équipe a réalisé une puce FlexiCore 4 bits avec 5,6 mm ^ 2, composée de seulement 2 104 dispositifs semi-conducteurs (environ le même nombre de transistors dans l'Intel 4004 classique de 1971), tandis que l'année dernière, l'équipe Arm développé Le microprocesseur logiciel PlasticARM se compose d'environ 56340 appareils. "En termes de nombre de portes, FlexiCore est d'un ordre de grandeur inférieur aux plus petits microcontrôleurs en silicium", a déclaré Nathaniel Bleier.

Les ingénieurs utilisent le processus de fabrication de PragmatIC pour fabriquer des microcontrôleurs 4 bits sur du plastique.

FlexiCore dispose également d'une mémoire intégrée optimisée et d'un jeu d'instructions pour minimiser le nombre de transistors et réduire la complexité. Les chercheurs ont également conçu les composants logiques de manière à pouvoir utiliser un nombre minimum de transistors. Après tout, les processeurs sont conçus pour exécuter une instruction en un seul cycle d’horloge.

De plus, l'équipe a également développé une version 8 bits de FlexiCore, mais l'effet n'a pas été bon.

« C'est exactement le genre d'innovation en matière de conception nécessaire pour prendre en charge une électronique véritablement omniprésente », a déclaré Scott White, PDG de PragmatIC Semiconductor.

À l'aide de la technologie PragmatIC, l'équipe a produit des plaquettes plastifiées avec des processeurs 4 bits et 8 bits, les a testées dans plusieurs programmes à différentes tensions et les ont pliées sans pitié. L’expérience peut paraître basique, mais selon Kumar, elle est révolutionnaire. La plupart des processeurs construits à l'aide de technologies sans silicium ont un rendement si faible que les résultats ne peuvent être rapportés qu'à partir d'une ou au plus de quelques puces fonctionnelles. "Pour autant que nous le sachions, c'est la première fois que des données provenant de technologies sans silicium sur plusieurs puces peuvent être rapportées", a déclaré Kumar.

PragmatIC travaille sur des puces à faible coût

Kumar observe que l'industrie des puces vise à disposer à la fois de mesures de puissance et de performances, ainsi qu'un certain niveau de fiabilité. Ils ne se concentrent pas sur le coût, la cohérence et la finesse des copeaux. L’accent est plutôt mis sur la création de nouvelles architectures informatiques et le ciblage de nouvelles applications.

John A. Rogers, pionnier de l'électronique flexible à la Northwestern University, qualifie ce travail d'impressionnant et attend avec impatience le développement ultérieur de cette recherche.

Bien sûr, ce n'est que ce que cette recherche a fait jusqu'à présent, et il reste encore beaucoup de travail à faire avant que la solution FlexiCore ou des solutions similaires ne soient disponibles dans le commerce. Cependant, les chercheurs ont tenté d’optimiser leurs solutions pour différents processus et charges de travail cibles, avec un certain succès. Des questions se posent également sur la manière dont la flexion affecte les performances et la durabilité des copeaux de plastique.

Cependant, avec la généralisation de processeurs en plastique bon marché et d’électronique flexible, nous pourrions bientôt voir l’aube d’une électronique véritablement omniprésente. Ce type de puce peut être placé sur l'emballage de presque tous les produits ou sur un patch médical, et ses domaines d'application ne sont plus limités.

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!