خبر

  • تک بورد - محققان یک پردازنده قابل خم شدن ARM می سازند اما به زحمت نمی توانند آن را خم کنند

    محققان یک پردازنده قابل خم شدن ARM می سازند اما به زحمت نمی توانند آن را خم کنند
    12 روز و 18 ساعت قبل

    الکترونیک انعطاف پذیر قبلاً انجام شده بود ، اما در این مقیاس نبوده است.
    لوازم الکترونیکی پوشیدنی ، مانند ساعت ها و ردیاب های تناسب اندام ، مرحله منطقی بعدی را پس از محاسبات به دستگاه های قابل حمل و موبایل نشان می دهند. آنها علاقه به توسعه الکترونیک انعطاف پذیر را برانگیخته اند ، که می تواند پوشیدنی ها را شامل مواردی مانند لباس و کوله پشتی کند.

    الکترونیک انعطاف پذیر با مشکلی روبرو می شود: سخت افزار پردازش ما چیزی انعطاف پذیر نیست. بیشترین تلاش ها برای مقابله با این امر تقسیم پردازنده ها به مجموعه واحدهای کوچکتر ، اتصال آنها با سیم کشی انعطاف پذیر و سپس جاسازی تمام اجزا در یک پلیمر انعطاف پذیر است. تا حدی ، این بازگشت به روزهای اولیه محاسبات است ، هنگامی که یک واحد شناور ممکن است در یک تراشه جداگانه مستقر شود.

    اما یک گروه در ARM اکنون موفق به اجرای یکی از طرح های کوچک تر تعبیه شده شرکت شده است با استفاده از سیلیکون انعطاف پذیر این طراحی تمام دستورالعمل هایی را که انتظار دارید از آن استفاده کرده و اجرا می کند ، اما همچنین مصالحه هایی را که باید برای الکترونیک های واقعاً انعطاف پذیر انجام دهیم ، نشان می دهد.

    کاملاً CMOS نیست

    ایده اصلی پشت الکترونیک انعطاف پذیر بسیار ساده است: با یک لایه قابل انعطاف (مانند پلاستیک یا کاغذ) شروع کنید و از آن به عنوان زیرلایه ای برای ساخت یک لایه نازک از یک نیمه هادی انعطاف پذیر استفاده کنید. انواع مختلفی از نیمه هادی ها متناسب است ، از مواد نازک اتمی گرفته تا پلیمرهای نیمه رسانا. اما بیشتر گزینه ها در زمینه استفاده از آنها در ساخت دروازه های منطقی ، فناوری های بالغ نیستند ، بنابراین کار با آنها شامل دو لایه آزمایش است: هم با خود مواد و هم با انعطاف پذیری آنها.

    تبلیغات < p> یکی از گزینه هایی که تا حدودی آشناتر است سیلیکون بی شکل است. سیلیکونی که در ساخت پردازنده های موجود استفاده می شود کریستالی است ، به این معنی که به شکل آرایه ای منظم از اتم ها است. سیلیکون آمورف نیست ، و در نتیجه انعطاف پذیر است. بعلاوه ما می دانیم که چگونه با سیلیکون آمورف کار کنیم ، زیرا ما از آن برای مواردی مانند صفحه خورشیدی و LCD استفاده می کنیم. همچنین ارزان است ، تا حدودی به این دلیل که می توان آن را از طریق تکنیک های ساده تر از سیلیکون کریستالی به ترانزیستور تبدیل کرد.

    نکته منفی این است که سیلیکون آمورف با اقدامات مختلفی از جمله عملکرد ، بازده انرژی و تراکم مدار همانطور که گفته شد ، بسیاری از کاربردهای بالقوه برای الکترونیک انعطاف پذیر عملکرد زیادی لازم ندارند.

    PlasticARM

    با توجه به ایده حداقل کارایی ، تیم در ARM با PragmatIC Semiconductor همکاری کرد تا نسخه ای از پردازنده Cortex M0 + این شرکت را با نام PlasticARM پیاده سازی کند. M0 + یک پردازنده 32 بیتی است که می تواند زیر مجموعه ساده دستورالعمل های "انگشت شست" ARM را اجرا کند. برای اندازه های کوچک و مصرف کم بهینه شده است و به طور کلی به عنوان پردازنده تعبیه شده استفاده می شود.

    حتی با توجه به استانداردهای یک پردازنده بسیار ساده ، PlasticARM دارای ویژگی های متمایزی است که آن را متمایز می کند. به یک دلیل ، بیت های کوچکی از حافظه که پردازنده ها برای ذخیره داده هایی که روی آنها کار می کنند استفاده می کنند ("رجیسترها" نامیده می شوند) معمولاً در خود پردازنده قرار دارند ، زیرا برای خواندن این حافظه عملکرد رفتن به RAM خارجی را از بین می برد. . برای ساده سازی پردازنده PlasticARM ، رجیسترهای CPU در یک قسمت ذخیره شده از RAM قرار دارند - و سیستم فقط با 128 بایت RAM ساخته شده است.

    تبلیغات

    سیستم و برنامه هایی که روی PlasticARM اجرا می شوند در تراشه ROM 456 بایت که از سخت افزار پردازش نیز جدا شده است. در حال حاضر ، ROM قابل به روزرسانی نیست (فقط برای خواندن است) ، اما تیم امیدوار است که در تکرار بعدی آن را تغییر دهد.

    تمام قسمتهای اصلی - پردازنده ، RAM ، ROM ، و اتصالات اتصال با استفاده از سیلیکون آمورف ساخته شده و بر روی یک پلیمر انعطاف پذیر ساخته شده است. این سیستم همچنین دارای پین هایی برای ارتباطات خارج از تراشه است.

    به طور کلی ، عملکرد مناسب نیست. حداکثر سرعت ساعت آن با شکوه 29 کیلوهرتز است و در این سرعت حدود 20 میلی وات مصرف می کند. این ممکن است خیلی کم به نظر برسد ، اما M0 + که روی سیلیکون استاندارد اجرا می شود فقط به کمی بیش از 10 میکرووات نیاز دارد تا به یک مگا هرتز برسد. از جنبه مثبت ، بیش از 18000 دروازه جداگانه دارد که بیش از هر پردازنده انعطاف پذیر قبلی است. همچنین با موفقیت محققان تمام نرم افزارها را در ROM خود اجرا کردند ، اگرچه محققان این آزمایش را بدون زحمت استفاده از ویژگی بارز پردازنده انجام دادند - آنها هرگز آن را خم نکردند.

    مراحل بعدی؟

    بله ، تیم در حال برنامه ریزی برای مراحل بعدی است. این موارد بیشتر شامل کاهش مصرف برق است که با توجه به شکاف بین عملکرد آن و سیلیکون استاندارد مناسب است. محققان همچنین امیدوارند که تعداد دروازه ها بیش از 100000 باشد ، هرچند که آنها فکر می کنند در نهایت زیر یک میلیون دروازه بیشتر خواهد شد.

    چرا آنها این کار را دنبال می کنند؟ مقاله توصیف پردازنده با صحبت در مورد پتانسیل "اینترنت همه چیز" ، جایی که چیزهایی مانند لباس و بسته بندی مواد غذایی می توانند یک پردازنده انعطاف پذیر را به آنها بزنند ، خلاصه می شود. این پاراگراف درباره آنچه که ما به دست خواهد آورد مبهم است ، به سادگی پیشنهاد می کند که "بدون گشودن نوآوری ها" "نوآوری ها را باز می کند".

    گفته شد ، بسیاری از محققان در حال کار بر روی تعبیه حسگرها و منابع کوچک انرژی در مواردی مانند لباس ، با هدف نظارت بر همه چیز ، از فعالیت تا قرار گرفتن در معرض محیط. برخی از این کاربردها برای مدیریت رفتار و داده هایشان به مواردی نیاز دارند و یک پردازنده انعطاف پذیر در آن منطقی خواهد بود.

    Nature، 2021. DOI: 10.1038 / s41586-021-03625-w (درباره DOI).





خبرهای دیگر از علوم پایه