编辑：泽南、张倩

真正的物联网芯片，连材质都改成了塑料。

在光计算芯片和量子计算实际应用之前，Arm 的塑料处理器可能会更早来到我们身边。

近日，知名半导体设计公司Arm和PragmatIC合作生产了全球应用最广泛的处理器架构Cortex-M0的非硅版本，其研究成果也发表在了自然杂志。

M0 的塑料版本由聚酰亚胺基板构成，由薄膜金属氧化物晶体管组成，就像 IGZO TFT 屏幕一样。

来自 Arm 和其他机构的研究人员在最近的一项研究中表示，他们试图在塑料上打印芯片电路和组件基材，就像打印机在纸上打印墨水一样。

这种芯片可以通过直接在纸、纸板甚至布上印刷电路来实现，大大降低了生产成本。据介绍，这项技术可以让数以亿计的生活必需品（如衣服和食品容器）连接到互联网上收集、处理和传输数据——它可以为企业成倍的效率，对于隐私也很重要保护。意义。

近几十年来，摩尔定律的发展让芯片不断逼近“沙价”，出现在电视、洗衣机、手表等电器和可穿戴设备上。但是，此应用范围的扩展是有限度的。如今，几乎所有的芯片都需要在高度专业化和复杂的晶圆厂制造，经历数十道复杂的化学和机械工艺，从原材料到交货需要长达八周的时间。

现在，随着Arm提出的32位PlasticARM处理器的出现，一切都将改变。

Arm 研究工程师 James Myers 表示，这款灵活的芯片可以运行一系列程序，但目前它使用的是只读处理器，因此只能运行内置代码。未来版本将使用完全可编程、灵活的内存。

“这个芯片不会很快，也不会很节能，但我可以把它放在生菜上记录保质期，这就是它的用途，”他说。

“我们还在寻找应用，就像 1970 年代开发处理器的那些。它可以用来支持智能包装吗？它可以用作气体传感器来检测食物可食用性吗？或者我们可以把它做成可穿戴的健康补丁？这些问题目前都处于探索阶段。”

在柔性芯片领域，Arm并不是第一个吃螃蟹的人，但他们的芯片是最强大的迄今为止公布的结果。它将两个组件集成在一块不到 60 平方毫米的芯片上，相当于之前最好的柔性芯片组件数量的 12 倍，其计算性能大大提高。

印刷在塑料薄膜上的计算机处理器。

灵活的处理器：真正的物联网芯片？

与传统的硬半导体器件不同，柔性芯片构建在纸、塑料或金属箔等基板上，以有机物、金属氧化物或非晶硅等有源薄膜半导体为材料。与晶体硅相比，它们具有许多优势，包括厚度、一致性和制造成本。薄膜晶体管（TFT）可以在柔性基板上制造，其加工成本远低于在晶体硅晶片上制造的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。

然而，TFT技术的目标不是取代硅。随着这两种技术的不断发展，硅片很可能在性能、密度和功率效率方面保持优势。而TFT将使电子产品具有硅无法实现的可变尺寸和低成本，从而显着扩大“芯片”概念的应用范围。

随着物联网技术的发展，我们身边越来越多的设备正在变得智能化，但仍有许多日常用品面临关键挑战，比如水杯、食品包装、衣服、贴纸，绷带等等。成本是阻碍传统硅技术在日常产品中应用的最重要因素。虽然芯片制造规模有助于降低单位成本，但对于这些使用更广泛的项目来说，仍然相去甚远。更何况硅芯片本身不薄不轻。

塑料芯片为我们开辟了广阔的未来。近20年来，柔性电子产品技术得到发展，提供成熟的低成本、薄型、柔性和高适应性器件。输出包括传感器。 、存储器、电池、发光二极管、能量采集器、近场通信/射频识别等模压产品。这些组件是大多数电子设备的基础，但微处理器仍然是一个问题。

柔性微处理器之所以难以制造，是因为我们需要在柔性基板上集成相对大量的TFT来进行有意义的计算，这在新兴的柔性TFT技术出现之前是不可能的。

以前，人们试图用一种折衷的方法将硅基微处理器芯片集成在柔性基板上（这也称为混合集成）。虽然这是一个短期的解决方案，但它仍然依赖于传统的高成本制造工艺，并不是一个长期的解决方案。

Arm 的柔性芯片是如何构建的？

Arm 柔性芯片的微处理器采用柔性电子制造技术制造，也被称为“原生柔性处理引擎”。他们使用的技术包括金属氧化物TFT。金属氧化物TFT的成本非常低，可以降低，便于大规模集成。

与原生柔性处理器相关的早期工作是基于使用低温多晶硅TFT技术开发8位处理器。该技术制造成本高，横向扩展性差。最近，基于二维材料的晶体管已被用于开发处理器，例如使用二硫化钼 (MoS2) 晶体管的 1 位 CPU 和由碳纳米管场效应晶体管构建的 16 位 RISC-V CPU。然而，这两项任务都是在传统的硅片上执行的，而不是在柔性基板上。