全球首個塑料ARM晶片登上Nature：成本僅硅晶片1/10
塑料也能用於造晶片？
是的，你沒聽錯！
ARM公司宣布他們用一種塑料和薄膜電晶體製成了一種新的處理器PlasticArm。（圖為顯微鏡下的照片）
該處理器是全球首個柔性原生32位、基於ARM架構、高達18334個等效門的微處理器。
其生產過程不涉及到硅元素，生產成本大概為同類硅晶片的1/10。
而這一柔軟靈活、低成本的微處理器將在物聯網設備中派上用場。
成果現已發表在Nature：
塑料也可成為晶片材料
目前，幾乎所有電子設備的微處理器都採用硅材料製成。
而研究人員將目光轉移到了塑料材料，是因為硅有著易碎、不夠靈活、不耐壓力等缺點，這限制了其在日常用品智慧化上的可行性。
新的處理器用的塑料叫做聚醯亞胺，號稱「柔術大師」，其彎曲性，靈活度、可變性很高，也是一種耐高溫的塑料，可摺疊螢幕智慧手機上就有它的應用。
並採用金屬氧化物薄膜電晶體（TFT）技術開發。
薄膜電晶體主要應用於液晶顯示器LCD和有機發光半導體OLED中。
製作方法為在厚度小於30μm的柔性聚醯亞胺襯底上，利用PragmatIC公司的FlexIC 0.8μm製程，與IGZO薄膜電晶體結合，最終製成該柔性微處理器。
IGZO：氧化銦鎵鋅，一種LCD薄膜電晶體顯示器技術，在一些高端手機上使用，比OLED螢幕高級，但產量不及OLED。
PlasticArm架構
可以看出，這仍然是一種光刻製程，採用了旋塗和光刻膠技術。
最終PlasticARM有13個材料層和4個可布線的金屬層。
由32位Arm Cortex-M0+處理器衍生，可以說是M0+的全功能非硅版本。
它完全支援ARMv6-M系列架構，為Cortex-M0+處理器生成的程式碼也可以該處理器上運行。
並與所有其他Cortex-M系列二進位兼容，與常規Cortex-M0+一樣，具有16位Thumb ISA和32位Thumb子集，數據和地址寬度均為32位，支援86條指令。
而它與硅制M0+內核的關鍵區別在於其暫存器不在CPU內，而是映射到RAM中。
通過從CPU中刪除暫存器並使用現有RAM作為暫存器空間，此舉以降低暫存器訪問速度為代價，實現了CPU面積約3倍的縮減。
PlasticARM的主要參數如下：
尺寸為59.2mm2（7.536X7.856，無焊盤），厚度不到30微米，包含56340個器件（n型TFT與電阻器）、18334個NAND2等效門，這數量比目前最好的積體電路高12倍（對比見後面的表格）。
處理器的時鐘頻率為29kHz，消耗功率為21mW（>99%的靜態功率，45%處理器，33%記憶體，22%IO）。
這聽起來可能很小，但在標準硅上實現的M0+只需要10mW多一點就能達到1.77MHz。
另外，SoC晶片引腳一共28針，包括時鐘、複位、GPIO、電源等引腳。
下面是PlasticARM與其他金屬氧化物TFT構建的柔性積體電路對比：
成本更低，可用於物聯網設備
與ARM一起設計和生該晶片的公司PragmatIC表示，雖然用的材料是新的，但他們在儘可能多地借鑒硅晶片的生產過程。這樣就能實現降低成本批量生產。
而這些晶片的成本大概是同類硅晶片的十分之一。
斯坦福大學的電氣工程師評價道，這種晶片的複雜性及其包含的電晶體數量給他留下了深刻印象。
但它也還有局限性：該晶片消耗21毫瓦的能量，但其中只有1%用於執行計算；其餘的都被浪費了。
這主要是它只採用了n型電晶體（但受到該晶片使用的材料限制，p型並不好設計）。
該工程師表示，沒準可以換別的柔性材料來降低尺寸和功率，比如碳納米管，當然這會提高成本。
總而言之，哪種柔性材料最終有意義將取決於晶片的應用場景，硅並不總是註定要成為所有電子設備的核心。
雖然Arm的設計似乎沒有證明任何理論突破，但這表明可以生產出一種相對容易製造和使用的處理器用於實際的電子設備。這就是其中令人興奮的部分。
因此，研究人員也計劃將PlasticARM率先用來開發低成本、足夠靈活的智慧集成系統，實現「萬物互聯」，在未來十年內將超過一萬億個無生命物體集成到數字世界中。
