Imec, KU Leuven e PragmatIC Semiconductor dimostrano il processore micro flessibile a 8 bit più veloce per applicazioni a basso consumo energetico

Il microprocessore flessibile a 8 bit di Imec accanto a una moneta da 2 euro.

Screenshot del gioco Snake in azione e indicazioni temporali.

Questa settimana imec, un centro di ricerca e innovazione leader a livello mondiale nel campo della nanoelettronica e delle tecnologie digitali, insieme a KU Leuven e PragmatIC Semiconductor, un'azienda leader mondiale nell'elettronica flessibile, presenteranno alla International Solid-State Circuits Conference 2022 (2022 ISSCC) il processore micro a 8 bit più veloce in tecnologia di metallo-ossido sottile flessibile da 0,8 µm, capace di eseguire codice assembler complesso in tempo reale. Il processore è stato realizzato con un flusso di progettazione digitale unico, che ha permesso la creazione di una nuova libreria di celle standard per tecnologie di metallo-ossido sottile, rilevante per lo sviluppo di una vasta gamma di applicazioni IoT. La robusta tecnologia di metallo-ossido sottile di PragmatIC Semiconductor, partner foundry di imec, è stata la chiave per integrare circa 16.000 transistor di metallo-ossido sottile su un chip flessibile di 24,9 mm2.

La elettronica flessibile basata su transistori a film sottile è preferita rispetto all'elettronica basata su Si-CMOS per applicazioni che richiedono dispositivi economici, sottili, flessibili e/o pieghevoli. La tecnologia si è già affermata, ad esempio, nei sensori per patch di monitoraggio della salute e etichette RFID, così come nei driver per schermi piatti. Ciò che manca ancora è un processore flessibile in grado di eseguire calcoli di elaborazione del segnale più complessi, ampliando così la gamma di applicazioni IoT con funzioni di calcolo.

Imec ha sviluppato un processore micro a 8 bit flessibile in tecnologia di transistori di ossido di indio-gallio-zinco (IGZO) da 0,8 µm, in grado di eseguire calcoli complessi di questo tipo. Kris Myny, ricercatore principale di imec: "Il nostro processore micro flessibile presenta eccellenti caratteristiche per le applicazioni IoT, tra cui alta velocità (frequenza di clock massima di 71,4 kHz), basso consumo energetico (11,6 mW a 10 kHz, 134,9 mW alla frequenza di clock massima) e alta densità di integrazione dei transistor (~16.000 transistor con lunghezza di gate di 0,8 µm su un chip di 24,9 mm2). Inoltre, alla ISSCC 2022 dimostreremo il funzionamento impeccabile del nostro circuito in tempo reale, eseguendo il complesso codice assembler del popolare gioco Snake."

Con il nuovo processore, imec ha affrontato importanti sfide legate al design di sistemi unipolari. Kris Myny: "I transistor di metallo-ossido sottile basati su IGZO sono intrinsecamente di tipo n. Ciò porta a circuiti con un consumo di corrente (statico) più elevato rispetto alle tecnologie complementari. Per risolvere questo problema, abbiamo sviluppato il nostro flusso di progettazione partendo da un file open-source del microprocessore MOS6502, uno dei microprocessori più utilizzati mai sviluppati. Abbiamo progettato il numero di celle e di porte logiche in modo da ottenere il design ottimale per il nostro processore 6502 flessibile in termini di area, prestazioni e velocità – utilizzando Pseudo-CMOS per la nostra famiglia logica. Con questo processo di progettazione unico, siamo riusciti a creare una nuova libreria di celle standard per la tecnologia di metallo-ossido sottile, che può essere impiegata in applicazioni innovative basate su questa tecnologia. Questo lavoro rappresenta un meraviglioso coronamento del mio ERC Starting Grant, che mirava ad aprire nuove prospettive nel campo dei transistor a film sottile."

Per la produzione del processore micro flessibile, imec si è alleata con il partner foundry PragmatIC, la cui unica FlexIC-Foundry® consente prototipazione rapida e produzione in serie redditizia di circuiti integrati flessibili. Brian Cobb, VP Product Development di PragmatIC: "Fino a poco tempo fa, non esisteva una tecnologia matura e robusta per integrare un così grande numero di transistor a film sottile con un rendimento sufficiente. La nostra innovativa produzione FlexLogIC® permette ora di realizzare rapidamente progetti così complessi a costi estremamente bassi, fornendo circuiti integrati su wafer sottili e flessibili. Il nostro servizio di foundry FlexIC contribuisce ad ampliare lo spettro di progetti e applicazioni per l'elettronica flessibile, consentito ai team di progettazione come quello di imec."

Questa ricerca è stata condotta nell'ambito dell’ERC Starting Grant FLICs, finanziato con il numero di accordo 716426, nell’ambito del programma Horizon 2020 di ricerca e innovazione dell’Unione Europea.