ARM vyrobil funkční umělohmotný CPU bez křemíku, PlasticArm

Procesor architektury ARM Cortex-M0 úplně bez křemíku, vhodný pro ohebnou elektroniku

Polovodiče a procesory se tradičně vyrábějí prakticky vždy z křemíku (ovšem obsahují také kovové spoje), až se toto slovo používá pro čipy jako synonymum. ARM ale teď vyvinul procesor, který křemík nepotřebuje: PlasticArm je přesně podle názvu procesor z umělé hmoty, a to dokonce pružné. Mohl by proto být použitý v komponentech, které jsou měkké a ohýbají se, nebo třeba být součástí šatů, obalů i jiných předmětů.

Ohebné čipy z organických materiálů nejsou úplně nová věc, ale ARM ve spolupráci s firmou PragmatIC dotáhl tuto technologii o několik úrovní dál, než kam to bylo dosud možné, a vytvořil plně funkční procesor. Přesněji tedy mikrořadič, s architekturou odpovídající běžně používaným jádrům ARM Cortex-M0. Má jít o 12× komplexnější čip než jaké byly dosud v ohebném provedení vyvinuté.

Cortex-M0 je víceméně nejmenší a nejjednodušší jádro ARM v současné nabídce firmy, potřebuje poměrně malé množství tranzistorů a také energie pro provoz. Verze PlasticArm má instrukční sadu ARMv6-M sestávající se z 16bitových a části 32bitových instrukcí Thumb, celkově jich jádro zná 86 a dokáže spouštět kód určený jak pro jádra Cortex-M0, tak pro Cortex-M0+. Datová i adresní šířka je 32 bitů.

Cortex-M0 v procesoru PlasticArm (Zdroj: Tom’s Hardware)

Polyamidový wafer, technologie IGZO

Přes jednoduchost jde o pipelinovaný procesor, byť pipeline má jen dva stupně. Vykonávání instrukcí je in-order, samozřejmě. Jakožto mikrořadič pracuje tento procesor se zabudovanou pamětí a úložištěm, které jsou hodně skromné. RAM má 128 bajtů (ano, jen osminu kilobajtu, navíc se tato kapacita ještě používá pro registry procesoru, které nejsou implementované samostatně) a kód je uložený v ROM o „kapacitě“ 456 bajtů. PlasticArm dokáže komunikovat s venkovním světem (třeba s nějakými senzory) pomocí vstupu a výstupu GPIO.

Čip je skutečně vyroben z plastu – místo křemíku se jako základ používá 200mm polyamidový wafer (deska, na které se čip tvoří). Nicméně pořád by měl obsahovat i kovové vodiče, pro výrobu je použitá technologie n-type metal-oxide TFT používající indium, galium a oxid zinku (tedy jako v LCD obrazovkách typu IGZO, vyráběných Sharpem). Struktury jsou na waferu vyráběné klasickým vybavením pro křemíkovou litografii s nějakými úpravami.

Umělohmotný procesor PlasticArm (Zdroj: CNX-Software)

Výsledek má 13 vrstev (z toho čtyři vrstvy kovových vodičů/spojů). Tloušťka je méně než 30 mikrometrů a výrobní proces dosahuje délku kanálu tranzistoru 0,8 mikrometru (takže by se asi dal označit za 800nm (nebo 0,8mikronový), což byla technologie zhruba aktuální kolem roku 1990, kdy se na ní vyráběly procesory Intel 486. Napájení vyžaduje napětí alespoň 3 V.

Umělohmotný procesor PlasticArm (Zdroj: CNX-Software)

Takty 29–40 kHz

Čip má asi 18 000 hradel* a celé pouzdro i s 28 kontakty pro napájení a komunikaci (reset, generátor taktu, GPIO, debug) po okrajích měří 9 × 9 mm. Plocha samotného čipu je 7,536 × 7,856 mm (59,2 mm²). Jaké dosahuje frekvence? Podle publikovaných informací dokáže s napájecím napětím 3 V běžet na 29 kHz. Podobně jako ve velkých moderních CPU se dá docílit i vyšší takt jeho zvýšením. Při 4,5 V už je možné dosáhnout frekvence 40 kHz.

* Přesněji, zdá se, že toto znamená, že ekvivalentní křemíkový čip by měl 18 334 hradel typu NAND2. PlasticArm ve skutečnosti má 39 157 tranzistorů n-type TFT a 17 183 integrovaných odporů (ty jsou přímo v návrhu čipu místo osazení externích odporů okolo čipu).

Podle autorů studie, která byla publikována v Nature, by mělo být možné vyrobit na základě tohoto designu i větší čipy, podle jejich odhadu by stejnou technologií měly být realizovatelné čipy s až 100 000 hradel, než se začne stávat problémem spotřeba. Pak by už bylo nutné využít jiné materiály a postupy. Vyrobený Cortex-M0 „PlasticArm“ má mimochodem mít spotřebu okolo 21 mW, což by se mělo dát dodat i docela malým fotovoltaickým (solárním) článkem. 99 % příkonu má být statická spotřeba.

Takovéto čipy by také mohly být výrobně velmi levné, možná až desetinásobně proti těm křemíkovým. Pro potřeby různých velmi jednoduchých zařízení by proto mohly být hodně výhodné, i když se pomine ona zajímavá vlastnost, jíž je schopnost ohybu (míněno ohybu, po němž čip stále funguje).

Mohly by být součástí různých senzorů, miniaturních medicínských zařízení, cenovek v obchodech – takováto elektronika by se mohla dát nacpat i do věcí, kde na to zatím nebylo pomyšlení. Otázka je, jestli je to dobrý nápad a jestli není lepší strukturu a složení odpadu, který civilizace produkuje, spíš zjednodušovat kvůli snazšímu zpracování a recyklaci, než ho komplikovat tím, že do něj budeme míchat mraky miničipů.

Zdroj: ARM, Nature, CNX Software, AnandTech, Tom’s Hardware

Jan Olšan, redaktor Cnews.cz


  •  
  •  
  •  
Flattr this!

Apple uvádí procesory M1 Pro a M1 Max: Špička výkonu CPU i GPU

Zhruba rok je to, co Apple vydal svůj první ARM procesor pro počítače MacBook/Mac a tak dále nazvaný M1. Nyní firma s novými modely notebooků vypustila další procesor, který posune jejich výkon opět dál. Nejde zdá se o novou generaci, ale o výkonnější derivát M1 – přesněji o dva čipy: M1 Pro a M1 Max, které mají dvojnásobek výkonných jader a silnější výkon pamětí. Ale zejména integrované grafiky, která je na poměry iGPU ohromná. Celý článok „Apple uvádí procesory M1 Pro a M1 Max: Špička výkonu CPU i GPU“ »

  •  
  •  
  •  

AMD připravuje ARM procesor s Cortexem-X1 a grafikou RDNA 2

Poslední dobou se drbe o tom, že by AMD zase mohlo vkročit do světa ARM procesorů. Předchozí pokus byl spíš omyl, takže opuštění x86 u něj není pravděpodobné. Ale kde by ARM mohl nastat, je při spolupráci s dalšími firmami. AMD bude mít GPU Radeon v čipech Samsungu, šíří se zprávy o partnerství s MediaTekem, ale to prý není všechno. AMD prý vyvíjí další ARM procesory s Microsoftem, pro notebooky Surface, ale možná nejen pro ty. Celý článok „AMD připravuje ARM procesor s Cortexem-X1 a grafikou RDNA 2“ »

  •  
  •  
  •  

Rusko vyrábí PC s vlastními ARM procesory Baikal-M, 8×Cortex-A57

V poslední době jsme tu bylo několik zpráv o různých pro nás exotických procesorech, které vznikají na „východě“ ve snaze o počítačovou nezávislost. V Rusku plánují procesory a počítačů s architekturou RISC-V, ale vypadá to, že tato země má teď už i vlastní procesory ARM. A také už na nich začíná stavět počítače, takže tamní úřady možná brzo budou mít desktopová ARM PC s Linuxem, jaká na západě moc nevznikají. Celý článok „Rusko vyrábí PC s vlastními ARM procesory Baikal-M, 8×Cortex-A57“ »

  •  
  •  
  •  

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *