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创建“塑料”CPU
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5 @' S* J! f ~* R2 ]0 x“塑料”或柔性电子产品已经伴随我们很长时间了，通常涉及大型且简单的电子设计、基本的8位加法器以及显示器。我们现在看到的是一些不同的东西——ARM与PragmatIC合作，生产了Arm最受欢迎的微控制器之一的全功能非硅版本：M0。
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M0核心位于Arm核心产品栈的最底部，然而这种极简设计在硅处理器中很受欢迎，因为对于简单的微控制器任务来说，它的die面积和功耗要求都很低。因此，虽然它不会在短时间内为下一个大型设备提供动力，但我们拥有的许多集成电子产品很可能已经依赖M0核心来完成基本的控制任务。& t3 Z; C. u, i2 Y x
' q: w3 y5 N5 y7 _- l. ^: }. P3 E) QPlasticArm在一个灵活的塑料介质中重建M0核心。这在两个方面很重要:4 B/ \* S/ d1 b
- e9 B2 A: Z3 v首先非硅版本的处理器或微控制器将允许在包装、服装、医用绷带等方面具有一定的可编程性。例如，与粒子传感器配对，它可以让食品包装确定什么时候食品因变质或污染而不再适合人类食用；
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第二个是成本，与同等的硅设计相比，大规模柔性处理的成本要低几个数量级。
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值得一提的是，据报道新的M0设计比目前最先进的“塑料”计算设计强大12倍。4 h7 m8 l( i2 b
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“塑料”M0的详细信息
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7 a& n6 x$ u2 W) {在Arm的新闻稿中，该公司表示，“塑料”M0设计有128字节的RAM和456字节的ROM，同时也支持32位Arm微架构。
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2 B! C/ L- ?; Y该处理器由聚酰亚胺基板构成，并通过金属氧化物TFT薄膜形成。这意味着这仍然是一个技术上的光刻工艺，使用旋转涂层和光阻剂技术，最终处理器有13个材料层和4个可路由的金属层。由于TFT设计在IGZO显示器使用后得到广泛应用，生产成本比MOSFET要低得多。
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该核心支持ARMv6-M架构，16位Thumb ISA结合了一个32位Thumb的子集。与常规的M0一样，数据和地址都是32位，顺序设计是一个2级流水线，核心支持86条指令。与硅M0核心的主要区别在于，寄存器文件不在CPU内部，而是映射到DRAM的128字节组；这是因为TFT设计通过内存映射技术会得到更好的支持。尽管如此，“塑料”M0核心与所有其他Coretex M0核心是二进制兼容的。
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Cortex M0采用TSMC的90nm工艺的典型die面积为0.04 mm2，而PlasticArm采用等效的800nmTFT工艺，核心面积为59.2 mm2 (7.536 mm x 7.856 mm)。这使得“塑料”M0核心的面积约为标准IoT实现的1500倍。另一个很大的区别是在频率上——研究报告指出，“塑料”M0在3V输入下以20-29kHz的频率运行；在ARM自己的设计文档中，基于功率而非频率优化的180nm超低泄漏工艺的M0可以在50 MHz下运行。频率差是1600-2500倍。$ i& y) ?2 ^& W5 w m1 ]/ ]" l
9 F$ H3 k: B, I“塑料”M0设计使用56340个器件，是39157个薄膜n型晶体管和17183个电阻的混合。因为这种设计的目标是没有任何物理上的附加电阻，论文记录了在层内实现TFT水平的电阻涉及使用具有更高电阻的光刻材料，以实现更小的面积。最后论文给出了18334个 NAND2门的等效硅设计方案。“塑料”M0核心在29 kHz的总功率为21 mW，其中99%是静态功率(45%的核心，33%的内存，22%的IO)。处理器上的28个引脚允许时钟信号产生、复位、GPIO、电源和调试。 |
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发表于 2021-8-12 14:14
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