Faltbare Bildschirme haben sich rasant weiterentwickelt. Jetzt lassen sich auch Mikroprozessoren biegen.

Der Markt für faltbare Bildschirme hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. Die ersten Verbraucherversionen sind nun erhältlich. Diese flexiblen Geräte haben die Möglichkeiten und die Art und Weise, wie Menschen ihre elektronischen Geräte nutzen, grundlegend verändert. Jetzt sind flexible Mikroprozessoren an der Reihe. Hier erfahren Sie alles über diese innovativen Geräte und wie sie den Elektronikmarkt in Zukunft verändern könnten.

Halbleiter

Halbleiter wurden Mitte des 1800. Jahrhunderts erfunden und sind seitdem ein wichtiger Bestandteil heutiger Dioden, Transistoren und integrierter Schaltkreise. Diese Bauelemente können mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden und nutzen verschiedene Kernmaterialien wie Silizium, Germanium und Galliumarsenid. Halbleiter sind auch ein zentraler Baustein moderner Hochtechnologien, darunter Quantencomputer, künstliche Intelligenz und Edge Computing.

Angesichts der entscheidenden Rolle von Halbleitern in der modernen Elektronik überrascht es nicht, dass erhebliche Anstrengungen unternommen wurden, um Form, Leistungsfähigkeit und Stromverbrauch dieser Bauelemente zu verbessern. Ein Beispiel dafür, das in der Branche für viel Aufsehen sorgte, ist die Einführung der Flex-RV-Chipserie von Pragmatic Semiconductor.

Flex-Wohnmobil

Flex-Wohnmobil ist eines der ersten Produkte von FlexIC Foundry. Diese Einheiten sind die ersten flexiblen 32-Bit-Mikroprozessoren mit niedrigen Kosten, die kommerziell erhältlich sind. Sie bieten eine Reihe von Vorteilen, die eines Tages in einer Vielzahl von intelligenten Geräten weltweit zum Einsatz kommen könnten. Insbesondere intelligente Geräte können mit Mikroprozessoren mit niedriger Taktfrequenz betrieben werden, was sie zu einem idealen Sektor für die Integration des Flex-RV macht.

Quelle – Flexibler Mikroprozessor von Pragmatic Semiconductor

Studie zu flexiblen Mikroprozessoren

Das Flex-RV wurde in einer kürzlich in der Naturzeitschrift Darin wird über das flexible Mikroprozessorkonzept, seine Funktionsweise, Anwendungen und Gesamtleistung gesprochen. Der Bericht zeigt, dass der Flex-RV einen 32-Bit-Mikroprozessor verwendet, der auf einem offenen RISC-V-Design basiert und mehr Innovation ohne Einschränkungen durch die Hersteller ermöglicht.

Der programmierbare Prozessor kann Programme in mehreren Hochsprachen ausführen, was Onboarding- und Kompatibilitätsprobleme reduziert. Die Studie geht detailliert auf die Funktionalität des Mikroprozessors unter normalen und gebogenen Bedingungen ein. Da es sich um den ersten biegbaren RISC-V-Mikroprozessor ohne Silizium handelt, wollten die Forscher die Fähigkeiten des 32-Bit-Mikroprozessors unbedingt testen.

ML-Funktionen

Einer der einzigartigsten Aspekte der Forschung und des neuen Chip-Layouts war die Einbeziehung von ML-Funktionen (Machine Learning). Den Ingenieuren gelang es, einen programmierbaren ML-Hardwarebeschleuniger in das Gerät einzubetten. Konkret verwendete das Team Dünnschichttransistoren (TFTs) aus Indium-Gallium-Zinkoxid (IGZO), um die proprietäre SIMD-Engine (Single Instruction Multiple Data) zu unterstützen. Diese Engine spielt eine wichtige Rolle bei Matrixmultiplikationen und Nachbearbeitungsvorgängen.

Flexibler Mikroprozessortest

Die Ingenieure begannen mit dem Testen ihres Geräts, das Dünnschichttransistoren aus Indium-Gallium-Zinkoxid auf einem flexiblen Polyimidsubstrat verwendete. Bemerkenswerterweise hatte der biegsame Mikroprozessor eine Dicke von 30 µm. Der Prozess begann damit, den Prozessor auf einer ultradünnen flexiblen Leiterplatte mit einer Dicke von 45 µm zu befestigen. Um diese Aufgabe zu erfüllen, mussten die Ingenieure ein neues Herstellungsverfahren namens Over-Edge Printing (OEP) entwickeln.

Der Chip wurde als System-on-a-Chip (SOC) rund um die Serv-CPU entwickelt. Die Serv-CPU unterscheidet sich von herkömmlichen CPUs insbesondere dadurch, dass ihr 32-Bit-Prozessor Befehle Bit für Bit ausführt. Dieser Ansatz verringert den Bedarf an Rechenleistung und Hardware. Außerdem ist das Design dadurch weniger komplex, was die Herstellungs- und Integrationskosten senkt.

Die Forscher verbanden die Server-CPU und den biegsamen Mikroprozessor. Zusätzlich integrierten sie eine Registerdatei (RF), einen Debug-Schalter, einen Multiplexer-Schalter, einen On-Chip-RAM-Block, einen Arbiter, eine Random Access Memory (RAM)-Schnittstelle und eine General Purpose Input/Output (GPIO)-Schnittstelle. Diese Strategie erforderte, dass der Chip einen Off-Chip-Speicher nutzte, um auf Code zuzugreifen. Daher war auch eine benutzerdefinierte Serial Peripheral Interface (SPI) erforderlich.

Flexible Mikroprozessoren Ergebnisse

Die Testergebnisse zeigten den erfolgreichen Betrieb des flexiblen Mikroprozessors. Der auf einer FlexPCB montierte Flex-RV taktete mit 60 kHz. Diese Leistung wurde auch durch eine Biegung des Mikroprozessors bis zu einer Krümmung von +5 mm nicht beeinträchtigt, was im Vergleich zu den heutigen spröden Chips eine deutliche Verbesserung darstellt.

Anschließend registrierte das Team den Stromverbrauch während der Ausführung von Testprogrammen. Es war begeistert, dass der flexible Mikroprozessor die erforderliche Leistung erbringen konnte und dabei weniger als 6 mW Energie verbrauchte. Konkret gab es im Vergleich zu herkömmlichen Chips im Durchschnitt nur eine Leistungsabweichung von 4.3 %. Diese Testergebnisse zeigen das enorme Potenzial des Flex-RV-Chipsatzes.

Vorteile flexibler Mikroprozessoren

Es gibt mehrere Gründe, warum flexible Mikroprozessoren die Zukunft sind. Zum einen können sie den Zugang zur Computertechnik demokratisieren. Ihre extrem niedrigen Kosten und die einfache Herstellung verbessern die Integration und ermöglichen es Entwicklern, mehr Geräte intelligent zu gestalten, ohne die Kosten zu erhöhen. So werden auch diejenigen, die bisher keinen Zugang zu intelligenter Technologie hatten, schnell Zugang zu diesen Systemen erhalten.

Extrem niedrige Kosten

Im Vergleich zu den besten Chip-Fertigungsstätten von heute bietet die flexible Mikroprozessortechnologie Herstellern und Verbrauchern auf ganzer Linie Einsparungen. Der Herstellungsprozess kostet weniger als einen Dollar und ist deutlich günstiger als die Verwendung von Silizium. Ein Großteil der Herstellungskosten heutiger Siliziumchips entsteht durch die Notwendigkeit, die Bausteine ​​an bestimmten Stellen unterzubringen. Der Einsatz kostengünstiger, flexibler Mikroprozessoren könnte dazu beitragen, die Abhängigkeit von diesen teuren und oft hochmodernen Siliziumchip-Fertigungsstätten zu verringern und so weitere Kosteneinsparungen zu erzielen.

Open Source

Ein weiterer wichtiger Grund, warum Flex-RV so bahnbrechend ist, ist seine Open-Source-Funktionalität. Open-Source-Projekte bieten zahlreiche Vorteile. Zum einen fördern sie Innovationen, da jeder interagieren und ihre Funktionen erweitern kann. Zum anderen senken sie die Kosten, da keine Lizenzgebühren anfallen, die die Innovation einschränken. Dadurch kann Flex-RV mit proprietären Anbietern wie x86 von Intel & AMD und ARMvX von Arm konkurrieren.

Langlebig

Die Haltbarkeit ist ein weiterer nicht zu vernachlässigender Vorteil. Heutige Siliziumchips sind spröde und sehr empfindlich gegenüber Umwelteinflüssen. Aufgrund ihrer Unflexibilität werden sie an jedes Anwendungsszenario angepasst. Diese Formanpassung kann die Haltbarkeit zusätzlich verringern. Der Verzicht auf die starre Chipverpackung, die bei Siliziumplatinen verwendet wird, ermöglicht es Entwicklern, nützlichere und robustere Chips zu entwickeln.

Geringer Energiebedarf

Der Flex-RV-Chipsatz bietet eine angemessene Leistung bei minimalem Energieverbrauch. Insbesondere kann der Flex-RV-Chip mit 60 kHz betrieben werden und verbraucht dabei nur etwa 6 mW Strom. Dieser geringere Energieverbrauch führt zu einem geringeren COXNUMX-Fußabdruck, weniger Hitze und weniger Umweltschäden.

Schnelle Abwicklung

Ein weiterer großer Vorteil, den die neuen Flex-RV-Chips auf den Markt bringen, ist die schnelle Durchlaufzeit. Sie erfordern weniger Material und einen weitaus weniger komplizierten Herstellungsprozess. Daher können diese Chips in kürzerer Zeit und mit einmaligen Entwicklungskosten hergestellt werden.

Innovation vorantreiben

Einer der größten Vorteile der neuen flexiblen Mikroprozessortechnologie ist vielleicht, dass sie ein neues Zeitalter der Innovation einläuten wird. Diese kostengünstigen Mikroprozessoren werden es Ingenieuren ermöglichen, mehr Gegenstände intelligent zu machen, was die Vernetzung und den Nutzen für den Verbraucher verbessert. Sie wird auch zu einer stärkeren Kohäsion zwischen Bildung, akademischer und industrieller Forschung führen.

Wissenschaftler:innen

Pragmatic Semiconductor ist das Unternehmen hinter der bahnbrechenden Forschung zu flexiblen Mikroprozessoren. Insbesondere Emre Ozer, Senior Director of Processor Development bei Pragmatic, fungierte als leitender Forscher für das Projekt. Die Studie wurde auch von Hardware- und Softwareexperten unterstützt, darunter Qamcom. Darüber hinaus nahmen Ingenieure der Harvard University teil.

Unternehmen, die flexible Mikroprozessoren integrieren und erfolgreich sein können

Es gibt mehrere Firmen, die diese Technologie integrieren und ihr Angebot verbessern könnten. Diese Unternehmen verlassen sich derzeit auf passgenaue Chips, was deren Preise erhöht und die Haltbarkeit verringert hat. Die Integration von Flex-RV-Optionen könnte dazu beitragen, die Größe und Kosten ihrer Angebote in Zukunft zu reduzieren.

1. Abbott Laboratories (ABT)

Abbott Laboratories ist seit 1888 ein wichtiger Akteur im Gesundheitssektor. Damals wurde das Unternehmen von Dr. Abbott gegründet, um seine medizinischen Alkaloidgranulate im Land zu verbreiten. Bis 1907 war das Unternehmen zu einem internationalen Anbieter von Medikamenten und Gesundheitsprodukten herangewachsen. Heute ist es ein Spitzenreiter im Bereich medizinischer Geräte und Wearables.

(ABT )

Abbott Laboratories bietet mehrere Wearables an, mit denen Patienten ihren Gesundheitszustand in Echtzeit verfolgen können. Diese Geräte könnten bei geringeren Kosten deutlich verbessert werden, wenn bei der Herstellung flexible Mikroprozessoren verwendet würden. Heute hat Abbott Laboratories eine Marktkapitalisierung von rund 194.7 Milliarden US-Dollar und ist damit eine sinnvolle Ergänzung für jedes Portfolio, das sich im Bereich der Wearables im Gesundheitswesen engagieren möchte.

Die Zukunft flexibler Mikroprozessoren

Die Zukunft der flexiblen Mikroprozessortechnologie ist vielversprechend. Es besteht eine starke Nachfrage nach Wearables und Einwegelektronik in zahlreichen Branchen. Stellen Sie sich intelligente Verpackungen vor, die wichtige Details über das Produkt, das Sie kaufen, preisgeben, intelligente Einweg-Gesundheitstests und vieles mehr.

All diese Fortschritte könnten in den kommenden Monaten zur Normalität werden, wenn die flexible Mikroprozessortechnologie Fuß fasst. Im Moment stellt diese Forschung einen Wendepunkt im Wettlauf um die Entwicklung biegsamer Elektronik dar.

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