PlasticArm: ARM baut biegbare 32-Bit-CPU ohne Silizium

Eine Technik ähnlich wie bei LC-Displays macht den ARM-Prozessor flexibel, weshalb er für IoT oder Wearables interessant ist.

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Der PlasticArm genannte Chip enthält einen CPU-Kern und RAM.
Der PlasticArm genannte Chip enthält einen CPU-Kern und RAM. (Bild: ARM Research)

ARM Research und PragmatIC haben den PlasticArm vorgestellt (siehe PDF von Nature), einen biegbaren 32-Bit-Prozessor. Dieser soll neue Möglichkeiten beispielsweise für smarte Label oder Sensoren mit sich bringen, etwa im Gesundheitswesen oder in der Lebensmittelindustrie.

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Während nahezu alle heutigen Chips aus Silizium hergestellt werden, ist der PlasticArm aus einem flexiblen Substrat - einer Polyimidfolie - entstanden. Der Prozessor besteht aus 56.340 Metalloxid-Dünnschichttransistoren (Thin Film Transistor, TFT) und umfasst diverse Elemente, die zusammen ein SoC ergeben.

PragmatIC nutzt hierzu ein 800-nm-Verfahren auf 200-mm-Wafern mit Igzo-Material. Solches Indium-Gallium-Zink-Oxid wird auch für die TFTs bestimmter LC-Displays verwendet, beispielsweise bei Panels von Foxconn/Sharp. Der Chip selbst misst vergleichsweise riesige 59 mm² (mit 180 nm CMOS benötigt ein Cortex M0+ nur 0,098 mm²), er verwendet gerade einmal 29 Pins. Zum Vergleich: Aktuelle Desktop-Modelle weisen über 200 mm² auf und nutzen mehr als 1.000 Pins.

29 kHz bei 21 mW

Basis des PlasticArm ist ein modifizierter Cortex-M0+, ein simpler 32-Bit-CPU-Kern mit ARMv6-M-Architektur. Hinzu kommen 128 Byte an RAM, wovon ein Bereich als Register umfunktioniert ist, und ein ROM mit 456 Byte. Dieses wurde für den Test noch vor der Fertigung mit drei Anwendungen bespielt, welche die CPUs ausliest. Für künftige Versionen ist ein programmierbares ROM denkbar.

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Der Chip taktet mit niedrigen bis zu 29 kHz und benötigt sehr hohe 21 mW, wobei über 99 Prozent der Leistungsaufnahme statisch sind. Laut ARM Research entfallen davon 45 Prozent auf die CPU, 33 Prozent auf den Speicher und 22 Prozent auf die Peripherie.

Laut ARM Research ist der PlasticArm zwar nicht der erste flexible Prozessor, bisherige Umsetzungen waren aber entweder eine 8-Bit-ALU oder ein für maschinelles Lernen gedachtes Design. So hat PragmatIC etwa den FlexIC mit rund 1.400 Gates auf Igzo-Basis entwickelt, jedoch keinen programmierbaren Chip mit Unterstützung vielfältiger Instruktionen.

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