Imec, KU Leuven et PragmatIC Semiconductor démontrent le processeur micro flexible 8 bits le plus rapide pour les applications à faible consommation d'énergie

Le microprocesseur flexible 8 bits d'Imec à côté d'une pièce de 2 euros.

Capture d'écran du jeu Snake en action et indications de temps.

Cette semaine, imec, un centre mondial de recherche et d'innovation leader dans le domaine de la nanoélectronique et des technologies numériques, la KU Leuven et PragmatIC Semiconductor, une entreprise mondiale spécialisée dans l'électronique flexible, présentent lors de la 2022 International Solid-State Circuits Conference (2022 ISSCC) le processeur micro 8 bits le plus rapide en technologie d'oxyde métallique mince flexible de 0,8 µm, capable d'exécuter du code assembleur complexe en temps réel. Le microprocesseur a été réalisé avec un flux de conception numérique unique, permettant la création d'une nouvelle bibliothèque de cellules standards pour les technologies d'oxyde métallique mince, pertinente pour le développement d'une large gamme d'applications LoT. La technologie robuste d'oxyde mince de PragmatIC Semiconductor, partenaire fondeur d'imec, a été la clé pour intégrer environ 16 000 transistors en oxyde métallique mince sur une puce flexible de 24,9 mm².

Les électroniques flexibles à base de transistors à film mince sont préférées par rapport à l'électronique basée sur Si-CMOS pour des applications nécessitant des appareils peu coûteux, minces, flexibles et/ou pliables. La technologie s'est déjà imposée, par exemple dans les capteurs pour les patches de santé et les étiquettes RFID, ainsi que comme pilote pour les écrans plats. Ce qui manque encore, c'est un microprocesseur flexible capable d'effectuer des calculs de traitement de signal plus complexes, étendant ainsi une large gamme d'applications IoT avec des fonctions de calcul.

Imec a développé un microprocesseur flexible 8 bits en technologie de transistors en oxyde d'indium-gallium-zinc (IGZO) de 0,8 µm, capable d'effectuer de tels calculs complexes. Kris Myny, scientifique en chef chez imec : "Notre microprocesseur flexible présente d'excellentes caractéristiques pour les applications IoT, notamment une haute vitesse (fréquence d'horloge maximale de 71,4 kHz), une faible consommation d'énergie (11,6 mW à 10 kHz, 134,9 mW à la fréquence d'horloge maximale) et une haute densité d'intégration de transistors (~16 000 transistors avec une longueur de grille de 0,8 µm sur une puce de 24,9 mm²). De plus, lors de l'ISSCC 2022, nous démontrerons le fonctionnement impeccable de notre circuit en temps réel en exécutant le code assembleur complexe du jeu populaire Snake."

Avec ce nouveau microprocesseur, imec a relevé d'importants défis liés à la conception de systèmes unipolaires. Kris Myny : "Les transistors en oxyde métallique mince à base d'IGZO sont intrinsèquement de type n. Cela conduit à des circuits avec une consommation de courant (statique) plus élevée par rapport aux technologies complémentaires. Pour résoudre ce problème, nous avons développé notre propre flux de conception, en partant d'un fichier open-source du microprocesseur MOS6502 — l'un des microprocesseurs les plus utilisés jamais conçus. Nous avons conçu le nombre de cellules et de portes logiques pour obtenir la conception optimale pour notre microprocesseur 6502 flexible en termes de surface, de performance et de vitesse — en utilisant le pseudo-CMOS pour notre famille logique. Grâce à ce processus de conception unique, nous avons pu créer une nouvelle bibliothèque de cellules standards pour la technologie d'oxyde métallique mince, utilisable pour des applications innovantes basées sur cette technologie. Ce travail constitue une magnifique conclusion à ma bourse ERC Starting Grant, qui visait à ouvrir de nouvelles perspectives dans le domaine de la technologie des transistors à film mince."

Pour la fabrication du microprocesseur flexible, imec s'est associé au partenaire fondeur PragmatIC, dont la unique FlexIC-Foundry® permet un prototypage rapide et une fabrication en série rentable de circuits intégrés flexibles. Brian Cobb, vice-président du développement produit chez PragmatIC : "Jusqu'à récemment, il n'existait pas de technologie mature et robuste pour intégrer un si grand nombre de transistors en film mince avec un rendement suffisant. Notre fabrication révolutionnaire FlexLogIC® permet désormais de réaliser rapidement de tels nouveaux designs complexes à des coûts extrêmement faibles, en fournissant des CI sur des wafers fins et flexibles. Notre service de fondeur FlexIC contribue à permettre aux équipes de conception comme celle d'imec d'élargir le spectre de designs et de cas d'utilisation pour l'électronique flexible."

Ces recherches ont été réalisées dans le cadre de la bourse ERC Starting Grant FLICs, sous l'accord de financement n° 716426, dans le cadre du programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne.