文丨天晴了
传统电子产品是由硅等刚性材料制成的。
最近，科学家们首次制造出一种非硅制成的柔性可编程芯片——Flex-RV。
Flex-RV由英国Pragmatic Semiconductor 公司及其合作伙伴成功研发，是一款非硅制成的新型超低功耗 32 位柔性可编程芯片，已在Nature上发文。
这一创新打破了传统界限，为柔性电子产品的广泛应用开启了新纪元。
IEEE报道：https://spectrum.ieee.org/flexible-risc-v
Nature发文：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07976-y
Flex-RV：柔性可编程芯片新突破
Pragmatic 公司的Flex-RV 是一款基于金属氧化物半导体氧化铟镓锌 (IGZO ) 的 32 位微处理器，而不是硅等刚性材料。
半导体技术已成为现代社会不可或缺的基石，如果用硅制造柔性设备需要对易碎的微芯片进行特殊封装，以保护它们免受弯曲和拉伸的机械应力。
实际上，用 IGZO 制成的柔性薄膜晶体管可以直接在低温下在柔性塑料上制造，不仅耐弯曲，还具备良好的电气性能，为柔性电子产品的实现提供了可能，且其制造成本远低于硅处理器。
Flex-RV 能在铅笔上弯曲时正常工作
Flex-RV 系统架构
Flex-RV基于RISC-V指令集的32位微处理器（RISC 代表精简指令集计算机）。
RISC-V 于 2010 年首次推出，旨在通过精简处理器可执行的核心指令集来实现更小、更低功耗、性能更好的处理器。RISC-V 既免费又开源，让芯片设计人员可以避免与 x86 和 Arm 等专有架构相关的昂贵许可费用。
由于传统硅基电子产品的刚性特质限制了半导体芯片在某些领域的应用，如可穿戴设备、智能包装及生物医学植入物等。
而这种低成本与高度灵活性的Flex-RV新架构，则使其能够为可穿戴医疗电子产品、智能包装标签和其他廉价物品供电。
Flex-RV的出现，为多个领域带来了前所未有的变革机遇。
Pragmatic 的处理器开发高级总监 Emre Ozer 表示，检测正常心律与心律失常“是一项机器学习任务，可以在柔性微处理器的软件中运行”。在可穿戴医疗电子产品方面，Flex-RV能够嵌入到心电图贴片中，实时处理患者的心电图数据，对心律失常进行分类和预警，为医疗监测提供了更加便捷和高效的解决方案。
在智能包装领域，Flex-RV可用于监测食品的新鲜度、药品的储存条件等，确保产品质量和安全。
此外，Flex-RV还可应用于软机器人、脑机接口等前沿领域，推动这些技术的快速发展和商业化进程。
开源、灵活、速度足够快
除了Flex-RV外，也有其他处理器采用柔性半导体制造。如 Pragmatic 的 32 位PlasticARM 以及由伊利诺伊州工程师设计的超廉价微控制器。
但与这些早期产品不同的是，Flex-RV 是可编程的，可以运行用 C 等高级语言编写的编译程序。此外，RISC-V 的开源性质还让研究人员为 Flex-RV 配备了可编程的机器学习硬件加速器，从而实现人工智能应用。
与众不同的是，Flex-RV 在低成本、低环境足迹的 FlexLogic 晶圆厂中在厚度为 30 µm 的聚酰亚胺基板上制造，而不是在制造它们的晶圆上进行测试，然后组装到厚度为 45 µm 的 FlexPCB 上，构建超薄计算系统，这让研究人员能够看到它在弯曲时的表现如何。
这一突破性选择使得芯片能够在低温下直接制造于柔性塑料上，极大地降低了成本并提升了灵活性。
每个 Flex-RV 微处理器都有一个 17.5 平方毫米的核心和大约 12,600 个逻辑门。团队实验结果表明，Flex-RV 的运行速度可以达到 60 千赫兹（kHz），而功耗却不到 6 毫瓦（mW）。
Pragmatic 团队发现，当弯曲到半径为 3 毫米（mm）的弯曲曲率半径内，Flex-RV 仍然可以正常运行。根据弯曲方式的不同，性能在 4.3% 的减速到 2.3% 的加速之间变化。
可见，Flex-RV 的运行速度显然没有可以以千兆赫的速度运行的硅微芯片快。
为此，Ozer 表示，“柔性电子领域的许多传感器（例如温度、压力、气味、湿度、pH 值等）通常以赫兹或千赫兹的频率运行，运行速度非常慢。显然，以 60 kHz 的频率运行微处理器足以满足传感器用于智能包装、标签和可穿戴医疗电子产品等应用的要求。”
Ozer 和他的团队认为，每台 Flex-RV 的生产成本可能不到一美元。“这要归功于 Pragmatic 的低成本柔性芯片制造技术和免许可的 RISC-V 技术”。但 Ozer 未透露成本低于一美元多少。
Flex-RV 开创了低于 1 美元的开放标准非硅 32 位微处理器时代，并将使计算访问变得普及化，并解锁可穿戴设备、医疗保健设备和智能包装中的新兴应用。
Flex-RV 是构建不依赖任何传统电子元件的超低成本可弯曲计算机的重要里程碑。
总的来说，它优势在于成本低于 1 美元、可弯曲且灵活，它采用基于 0.6 µm IGZO TFT 技术的非硅技术，并支持开放的 RISC-V 指令集。
此外，团队在 Flex-RV 中加入了可编程硬件加速器，以支持 ML 应用。
开源硬件为教育、学术研究和行业，提供了更大的合作和创新机会。Flex-RV 将为拓展可穿戴设备、医疗保健设备和智能包装中的新兴应用带来变革。返回搜狐，查看更多
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