PlasticArm 是一款 32 位可弯曲处理器

可穿戴电子产品，如手表和健身追踪器，代表了计算的下一个合乎逻辑的步骤。他们激发了人们对柔性电子产品开发的兴趣，这可能会扩大该类别，包括服装和背包等产品。然而，灵活的电子设备遇到了一个问题：我们的处理硬件一点也不灵活。解决这一限制的大多数努力都涉及将处理器拆分为一组较小的单元，用柔性布线将它们连接起来，然后将所有组件嵌入到柔性聚合物中。在某种程度上，这个过程是对早期计算的倒退，当时浮点单元可能驻留在单独的芯片上。但是，半导体公司 Arm 的一个团队现在已经设法使用柔性硅实现了该公司较小的嵌入式设计之一。该设计工作并执行您期望的所有指令，但它也说明了我们必须做出的妥协才能生产出真正灵活的电子产品。柔性电子产品背后的基本思想非常简单：从柔性基板（如塑料或纸）开始，并将其用作制造柔性半导体薄层的基板。各种半导体都符合要求，从原子级薄材料到半导体聚合物。但是，就其在逻辑门制造中的使用而言，大多数选项都不是成熟的技术，因此使用它们涉及两层实验——包括材料本身和它们的灵活性。非晶硅是一种有点熟悉的选择。用于制造现有处理器的硅是晶体，这意味着它是有序的原子阵列形式。非晶硅不是，因此它很灵活。此外，我们知道如何使用非晶硅，因为我们将其用于太阳能电池板和 LCD 等设备。它也很便宜，部分原因是它可以通过比晶体硅更简单的技术加工成晶体管。不利的一面是非晶硅在性能、功率效率和电路密度等几个方面都存在不足。也就是说，柔性电子产品的许多潜在用途对性能的要求并不高。为了与最低性能要求保持一致，Arm 团队与 PragmatIC Semiconductor 合作实施了一个名为“PlasticArm”的 Arm Cortex M0+ 处理器版本。 M0+ 是一个 32 位处理器，可以执行 Arm “thumb”指令的一个简化子集；它针对小尺寸和低功耗进行了优化，通常用作嵌入式处理器。

即使按照非常简化的处理器的标准，PlasticArm 也有一些使其与众不同的独特功能。一方面，处理器用来存储它们正在处理的数据的一小部分内存（称为“寄存器”）通常位于处理器本身中，因为它会降低性能以进入外部 RAM 以读取该内存。为了简化PlasticArm 的处理器，CPU 的寄存器位于RAM 的保留部分，而系统仅使用128 字节的RAM。在 PlasticArm 上运行的系统和应用程序保存在一个 456 字节的 ROM 芯片中，该芯片也与处理硬件分开。目前，ROM 无法更新（它是只读的），但团队希望在下一次迭代中进行更改。所有的关键部件——处理器、RAM、ROM 和互连——都是使用非晶硅制成的，并在柔性聚合物上制造。该系统还具有用于片外通信的引脚。总的来说，性能并不好。其最大时钟速度为 29 kHz，在该速度下消耗约 20 毫瓦。这听起来可能很小，但在标准硅上实现的 M0+ 只需要 10 多微瓦即可达到兆赫。从积极的方面来说，它有超过 18,000 个单独的门，比之前描述的任何灵活处理器都高出一个数量级。它还成功地执行了其 ROM 中的所有软件，尽管研究人员只是进行了测试，并未费心使用处理器的独特功能——他们从未真正弯曲过它。该团队已经在计划下一步，主要涉及降低功耗。鉴于处理器的性能与标准芯片的性能之间存在差距，这种降低是适当的。研究人员还希望将门数提高到 100,000 多个，尽管他们认为这种方法最终会在低于 100 万个门的地方达到最大值。描述处理器的论文最后通过推测“万物互联”的潜力来结束，在这种情况下，服装和食品包装等事物可以有一个灵活的处理器。该段落对于这种扩展会给我们带来什么含糊不清，只是暗示它将“解开创新”。也就是说，许多研究人员正在致力于将传感器和小型电源嵌入衣服等物品中，以监测从活动到环境暴露的所有内容。其中一些用途将需要一个系统来管理他们的行为和数据，而灵活的处理器将符合要求。