ARM发布32位塑料芯片：充分发挥物联网的潜力

从半导体发明至今，对芯片的固有印象是它们都基于硅元素打造。7月21日，ARM在顶级学习期刊《自然》上带来基于柔性塑料的32位微处理器——PlasticARM，旨在将电路印在成本低廉的塑料、纸张或织物上，实现万物互联的目标。

PlasticARM是Arm与柔性电子制造商PragmatIC合作设计，虽然PlasticARM并不是第一款柔性芯片，但其具备硅基芯片设计的相同功能。ARM这颗芯片的面积达到59.2mm2，拥有56340个(39157个薄膜n型晶体管和17183个电阻器;TFT层级使用更高电阻的光刻材料，实现不添加电阻减小尺寸)NMOS(N型金属-氧化物-半导体)晶体管和电阻器组成，最高频率29KHz，功耗仅21mW。

微芯片内采用支持ARMv6-M架构的入门级32位Cortex-M0核心，32-bit的数据和地址位宽，辅以2级有序设计流水线、且支持86条指令，能够兼容所有Cortex M0二进制内核。芯片同时内建16位Thumb ISA和32位Thumb子集、128字节RAM和456字节的ROM。论文预测18334个NAND2门的等效硅设计，其中99%为静态功率(45%内核/33%内存/22% IO)，ARM称数量至少是之前塑料芯片的12倍。

PlasticARM仍使用光刻工艺，需运用旋涂和光刻胶技术，最终成品拥有13个材料层和4个可布线的金属层。只是从IGZO显示技术投入运用以来，TFT设计已经相当普及，生产成本也相当低廉。PlasticARM在制造过程中只能运行硬连接到电路中的三个测试程序上，ARM的研究人员表示正在开发允许安装新代码的版本。

PlasticARM核心使用等效800nm TFT工艺，芯片上28个引脚允许时钟信号生成、复位、GPIO、供电以及调试。与硅基M0内核相比，“塑料”M0并没有将寄存器放在CPU内部，而是选择映射到128字节的DRAM上，能够实现对TFT更好的支持。

芯片大小上，PlasticARM的芯片大小达到59.2mm2。作为对比，使用台积电90nm硅工艺的Cortex M0芯片的典型尺寸为0.04 mm2。两者的芯片大小接近1500倍。另外，在3V输入下的PlasticARM频率在20-29 kHz之间。针对功率(而非频率)进行优化的180nm超低泄露工艺，可让M0在50 MHz的频率下运行(差异在1600-2500倍之间)。

基于塑料的微芯片存在重大缺陷，它们在短期内不可能取代硅基处理器，而且塑料微芯片的能耗、密度和性能都被硅基芯片秒杀。例如，PlatticARM消耗21毫瓦电力，其中99%被浪费，只有1%被捕获用于计算。

由于PlatticARM芯片使用金属氧化物薄膜晶体管(TFT)的柔性元件，与基于脆性硅衬底的处理器相比，它们可以打印在弯曲的表面上、且不会出现断裂，让他们拥有在塑料和纸张等材料上廉价打印的可能，也让微芯片被用于各种用途，例如取代奶瓶上的保质期标记等。

ARM表示，PlasticARM微芯片将在未来十年创造新的“万物互联”世界，芯片将被集成到“超过一万亿个无生命物体中”。