Imec, KU Leuven y PragmatIC Semiconductor demuestran el microprocesador flexible de 8 bits más rápido para aplicaciones de bajo consumo

El microprocesador flexible de 8 bits de Imec junto a una moneda de 2 euros.

Captura de pantalla del juego Snake en acción y marcas de tiempo.

Esta semana, imec, un centro de investigación e innovación líder mundial en nanoelectrónica y tecnologías digitales, junto con KU Leuven y PragmatIC Semiconductor, una empresa líder mundial en electrónica flexible, presentarán en la Conferencia Internacional de Circuitos en Estado Sólido (2022 ISSCC) el microprocesador de 8 bits más rápido en tecnología de óxido metálico delgado de 0,8 µm flexible, capaz de ejecutar código ensamblador complejo en tiempo real. El microprocesador fue implementado con un flujo de diseño digital único que permitió la creación de una nueva biblioteca de celdas estándar para tecnologías de óxido metálico delgado, relevante para el desarrollo de una amplia gama de aplicaciones IoT. La robusta tecnología de óxido metálico delgado de PragmatIC Semiconductor, socio foundry de imec, fue clave para integrar aproximadamente 16,000 transistores de óxido metálico delgado en un chip flexible de 24,9 mm².

La electrónica flexible basada en transistores de película delgada es preferida frente a la electrónica basada en Si-CMOS para aplicaciones que requieren dispositivos económicos, delgados, flexibles y/o plegables. La tecnología ya se ha establecido, por ejemplo, en sensores para parches de salud y etiquetas RFID, así como en controladores para pantallas planas. Lo que aún falta es un microprocesador flexible que pueda realizar cálculos de procesamiento de señales más complejos, ampliando así una amplia gama de aplicaciones IoT con funciones de computación.

Imec ha desarrollado un microprocesador flexible de 8 bits en tecnología de transistores de óxido de indio, galio y zinc (IGZO) de 0,8 µm, capaz de realizar estos cálculos complejos. Kris Myny, científico principal en imec: "Nuestro microprocesador flexible presenta excelentes propiedades para aplicaciones IoT, incluyendo alta velocidad (frecuencia máxima de reloj de 71,4 kHz), bajo consumo de energía (11,6 mW a 10 kHz, 134,9 mW a la frecuencia máxima de reloj) y alta densidad de integración de transistores (~16,000 transistores con una longitud de puerta de 0,8 µm en un chip de 24,9 mm²). Además, en ISSCC 2022, demostraremos el funcionamiento en tiempo real de nuestro circuito, ejecutando el código ensamblador complejo del popular juego Snake."

Con el nuevo microprocesador, imec ha abordado importantes desafíos relacionados con el diseño de sistemas unipolares. Kris Myny: "Los transistores de óxido metálico delgado basados en IGZO son inherentemente de tipo n. Esto conduce a circuitos con un consumo de corriente (estático) más alto en comparación con tecnologías complementarias. Para resolver este problema, desarrollamos nuestro propio flujo de diseño, partiendo de un archivo de código abierto del microprocesador MOS6502, uno de los microprocesadores más utilizados jamás desarrollados. Diseñamos el número de celdas y compuertas lógicas para obtener el diseño óptimo en términos de área, rendimiento y velocidad para nuestro microprocesador 6502 flexible, utilizando Pseudo-CMOS para nuestra familia lógica. Con este proceso de diseño único, pudimos crear una nueva biblioteca de celdas estándar para la tecnología de óxido metálico delgado, que puede usarse en aplicaciones innovadoras basadas en esta tecnología. Este trabajo es una maravillosa culminación de mi ERC Starting Grant, que tenía como objetivo abrir nuevas perspectivas en el campo de la tecnología de transistores de película delgada."

Para la fabricación del microprocesador flexible, imec se asoció con el socio foundry PragmatIC, cuya única FlexIC-Foundry® permite una rápida creación de prototipos y una producción en serie rentable de circuitos integrados flexibles. Brian Cobb, vicepresidente de desarrollo de productos en PragmatIC: "Hasta hace poco, no existía una tecnología madura y robusta para integrar un gran número de transistores de película delgada con una tasa de rendimiento suficiente. Nuestra innovadora fabricación FlexLogIC® ahora permite la rápida implementación de diseños tan complejos a costos extremadamente bajos, entregando circuitos integrados en obleas delgadas y flexibles. Nuestro servicio de foundry FlexIC ayuda a que equipos de diseño como el de imec amplíen el espectro de diseños y casos de uso para la electrónica flexible."

Esta investigación fue realizada en el marco del ERC Starting Grant FLICs bajo el acuerdo de financiación nº 716426, dentro del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea.