تمثل الأجهزة الإلكترونية القابلة للإرتداء ، مثل الساعات وأجهزة تتبع اللياقة البدنية ، الخطوة المنطقية التالية في الحوسبة ، لقد أثاروا إهتماماً بتطوير إلكترونيات مرنة ، والتي يمكن أن توسع الفئة لتشمل منتجات مثل الملابس وحقائب الظهر.
ومع ذلك ، تواجه الأجهزة الإلكترونية المرنة مشكلة: أجهزة المعالجة لدينا ليست مرنة على الإطلاق ، تضمنت معظم الجهود للتعامل مع هذا القيد تقسيم المعالجات إلى مجموعة من الوحدات الأصغر ، وربطها بأسلاك مرنة ، ثم دمج جميع المكونات في بوليمر مرن إلى حد ما ، تعد العملية بمثابة إرتداد للأيام الأولى للحوسبة ، عندما قد تكون وحدة الفاصلة العائمة موجودة على شريحة منفصلة.
لكن مجموعة داخل شركة Arm لأشباه الموصلات تمكنت الآن من تنفيذ أحد تصاميم الشركة المدمجة الأصغر باستخدام السيليكون المرن ، يعمل التصميم وينفذ جميع التعليمات التي تتوقعها منه ، ولكنه يوضح أيضاً التنازلات التي يتعين علينا القيام بها لإنتاج إلكترونيات مرنة حقاً.
ليس CMOS تماماً
الفكرة الأساسية وراء الإلكترونيات المرنة بسيطة بشكل ملحوظ: إبدأ بركيزة مرنة (مثل البلاستيك أو الورق) واستخدمها كركيزة لتصنيع طبقة رقيقة من أشباه الموصلات المرنة. مجموعة متنوعة من أشباه الموصلات تناسب الفاتورة ، بدءاً من المواد الرقيقة ذرياً إلى البوليمرات شبه الموصلة ، لكن معظم الخيارات ليست تقنيات ناضجة فيما يتعلق باستخدامها في تصنيع البوابات المنطقية ، لذا فإن العمل معهم ينطوي على طبقتين من التجارب - مع المواد نفسها ومرونتها.
يعتبر السيليكون غير المتبلور خياراً مألوفاً إلى حد ما
السليكون المستخدم في تصنيع المعالجات الحالية هو مادة بلورية ، مما يعني أنه يتخذ شكل مصفوفة مرتبة من الذرات. السيليكون غير المتبلور ليس كذلك ، وهو مرن نتيجة لذلك بالإضافة إلى ذلك ، نحن نعرف كيفية العمل مع السيليكون غير المتبلور ، حيث نستخدمه لأشياء مثل الألواح الشمسية وشاشات الكريستال السائل ، كما أنه غير مكلف ويرجع ذلك جزئياً إلى أنه يمكن معالجته إلى ترانزستورات من خلال تقنيات أبسط مما هو مطلوب للسيليكون البلوري.
الجانب السلبي هو أن السيليكون غير المتبلور ينقصه عدة مقاييس ، بما في ذلك الأداء وكفاءة الطاقة وكثافة الدائرة ومع ذلك ، فإن العديد من الإستخدامات المحتملة للإلكترونيات المرنة لا تتطلب الكثير في طريق الأداء.
بلاستيك
تمشياً مع فكرة الحد الأدنى من متطلبات الأداء ، عمل الفريق في Arm مع PragmatIC Semiconductor لتنفيذ إصدار من معالج Arm's Cortex M0 يسمى "PlasticArm"M0 هو معالج 32 بت يمكنه تنفيذ مجموعة فرعية مبسطة من تعليمات Arm "thumb" ، تم تحسينه للأحجام الصغيرة واستخدام الطاقة المنخفضة ، ويتم إستخدامه عموماً كمعالج مضمن.
حتى وفقاً لمعايير المعالج المبسط للغاية ، كان لدى PlasticArm بعض الميزات المميزة التي تميزه عن غيره لسبب واحد ، أن الأجزاء الصغيرة من الذاكرة التي تستخدمها المعالجات لتخزين البيانات التي تعمل عليها تسمى "السجلات" موجودة بشكل طبيعي في المعالج نفسه لأنها تقتل الأداء عند الإنتقال إلى ذاكرة الوصول العشوائي الخارجية لقراءة هذه الذاكرة. لتبسيط معالج PlasticArm ، توجد سجلات وحدة المعالجة المركزية في قسم إحتياطي من ذاكرة الوصول العشوائي - وقد تم إنشاء النظام باستخدام 128 بايت فقط من ذاكرة الوصول العشوائي.
يتم الإحتفاظ بالنظام والتطبيقات التي تعمل على PlasticArm في شريحة ROM 456 بايت منفصلة أيضاً عن أجهزة المعالجة في الوقت الحالي ، لا يمكن تحديث ROM (للقراءة فقط) ، لكن الفريق يأمل في تغيير ذلك في التكرار التالي.
تم تصنيع جميع القطع الرئيسية - المعالج ، وذاكرة الوصول العشوائي ، وذاكرة القراءة فقط ، والوصلات البينية - باستخدام السيليكون غير المتبلور وتم تصنيعها على بوليمر مرن ، يحتوي النظام أيضاَ على دبابيس للإتصالات خارج الرقاقة.
بشكل عام ، الأداء ليس جيداً
تبلغ سرعتها القصوى على مدار الساعة 29 كيلو هرتز ، وتستهلك حوالي 20 ملي واط بهذه السرعة قد يبدو هذا قليلاًا جداً ، لكن M0 المطبق على السيليكون القياسي يحتاج فقط إلى ما يزيد قليلاً عن 10 ميكرو واط لتصل إلى ميغا هرتز على الجانب الإيجابي ، يحتوي على أكثر من 18000 بوابة فردية ، وهو ما يزيد عن ترتيب من حيث الحجم أعلى من أي معالج مرن موصوف سابقاً ، كما نفذت بنجاح جميع البرامج الموجودة في ذاكرة القراءة فقط ، على الرغم من أن الباحثين أجروا الإختبارات فقط دون عناء إستخدام الميزة المميزة للمعالج - لم يثنيها أبداً في الواقع.
ماهي الخطوات التالية؟
يخطط الفريق بالفعل لخطواته التالية ، والتي تتضمن بشكل أساسي تقليل إستهلاك الطاقة ، يعتبر هذا التخفيض مناسباً نظراً للفجوة بين أداء المعالج وأداء السيليكون القياسي ، كما يأمل الباحثون أيضاً في أن يصل عدد البوابات إلى أكثر من 100000 ، على الرغم من أنهم يعتقدون أن هذا النهج سينتهي به الأمر إلى الحد الأقصى في مكان ما أقل من مليون بوابة.
