Imec, KU Leuven és PragmatIC Semiconductor bemutatják a leggyorsabb rugalmas 8-bites mikroprocesszort az energiatakarékos alkalmazásokhoz

Az Imec rugalmas 8-bites mikroprocesszora egy 2 eurós érme mellett.

Képernyőkép a kígyó játék működéséről és időbélyegekről.

Ebben a héten az imec, egy világszerte vezető kutatási és innovációs központ a nanoelektronika és digitális technológiák terén, a KU Leuven és a PragmatIC Semiconductor, egy világszerte vezető rugalmas elektronikai vállalat, bemutatják a 2022-es Nemzetközi Szilárdtest Áramkör Konferencián (2022 ISSCC) a leggyorsabb 8 bites mikroprocesszort rugalmas, 0,8 µm-es fémoxid technológiában, amely képes komplex assembler kód valós idejű végrehajtására. A mikroprocesszort egy egyedülálló digitális tervezési folyamattal valósították meg, amely lehetővé tette egy új szabványcellás könyvtár létrehozását a fémoxid vékonyfilm technológiákhoz, amelyek relevánsak a széles IoT alkalmazások fejlesztésében. A PragmatIC Semiconductor, az imec gyártópartnere, robusztus vékonyfilm technológiája kulcsfontosságú volt az összesen mintegy 16 000 fémoxid vékonyfilm tranzisztor integrálásához egy 24,9 mm²-es rugalmas chipen.

A vékonyfilm tranzisztorokon alapuló rugalmas elektronika a Si-CMOS alapú elektronikai eszközökhöz képest előnyösebb olyan alkalmazásoknál, amelyek olcsó, vékony, rugalmas és/vagy hajlékony eszközöket igényelnek. A technológia már bizonyított, például egészségügyi páciensek számára készült szenzorok, RFID címkék és laposképernyők meghajtói terén. Ami még hiányzik, az egy rugalmas mikroprocesszor, amely képes összetettebb jelfeldolgozási számításokra, így széles körű IoT alkalmazásokat bővíthet számítási funkciókkal.

Az imec kifejlesztett egy 8 bites rugalmas mikroprocesszort 0,8 µm-es indium-gallium-zink-oxid (IGZO) tranzisztortechnológiában, amely képes ilyen összetett számításokra. Kris Myny, az imec vezető tudósa így nyilatkozott: "Rugalmas mikroprocesszorunk kiváló tulajdonságokkal rendelkezik IoT alkalmazásokhoz, többek között magas sebességgel (71,4 kHz maximális órajel), alacsony energiafogyasztással (11,6 mW 10 kHz-en, 134,9 mW maximális órajel mellett), és magas tranzisztor integrációs sűrűséggel (~16 000 tranzisztor 0,8 µm-es kapu hosszúsággal egy 24,9 mm²-es chipen). Emellett a 2022-es ISSCC-n bemutatjuk a működésének valós idejű demonstrációját, ahol a népszerű Snake játék összetett assembler kódját futtatjuk."

A mikroprocesszor új fejlesztésével az imec fontos kihívásokat oldott meg az unipoláris rendszerek tervezése terén. Kris Myny így folytatta: "A fémoxid vékonyfilm tranzisztorok IGZO alapúak, amelyek természetüknél fogva n-típusúak. Ez magasabb (statikus) áramfogyasztáshoz vezet a komplementer technológiákhoz képest. Ennek a problémának a megoldására kifejlesztettük saját tervezési folyamatunkat, kiindulva egy nyílt forráskódú fájlból, amely a MOS6502 mikroprocesszort írja le – az egyik legelterjedtebb mikroprocesszor, amit valaha fejlesztettek. A cellák és logikai kapuk számát úgy alakítottuk, hogy optimális tervezést érjünk el a rugalmas 6502 mikroprocesszorunk számára a terület, teljesítmény és sebesség tekintetében – pseudo-CMOS technológiát alkalmazva logikai családunkhoz. Ezzel az egyedülálló tervezési folyamattal létrehoztunk egy új szabványcellás könyvtárat a fémoxid vékonyfilm technológiához, amely innovatív alkalmazásokhoz használható ezen technológia alapjain. Ez a munka csodálatos lezárása az ERC Starting Grant programomnak, amely az új perspektívák megnyitását célozta a vékonyfilm tranzisztortechnológia területén."

A rugalmas mikroprocesszor gyártásához az imec együttműködött a PragmatIC gyártópartnerrel, akinek egyedülálló FlexIC-Foundry® lehetővé teszi gyors prototípus-készítést és jövedelmező sorozatgyártást rugalmas integrált áramkörök számára. Brian Cobb, a PragmatIC termékfejlesztési alelnöke így nyilatkozott: "Eddig nem létezett kiforrott és robusztus technológia, amely elegendő mennyiségű vékonyfilm tranzisztort tudott integrálni megfelelő hozammal. Innovatív FlexLogIC® gyártási folyamatunk lehetővé teszi ilyen összetett új tervek gyors megvalósítását rendkívül alacsony költségek mellett, és IC-ket szállít vékony és rugalmas szilíciumlapokra. FlexIC-Foundry szolgáltatásunk hozzájárul ahhoz, hogy tervezőcsapatok, mint az imec, bővítsék a rugalmas elektronika tervezési lehetőségeit és alkalmazási körét."

Ez a kutatás az ERC Starting Grant FLICs keretében valósult meg az Európai Unió Horizon 2020 kutatási és innovációs programjának támogatásával, a 716426 számú támogatási megállapodás szerint.