柔性集成电路，未来可期( 二 ) 来源：内容由半导体行业观察

ARM的研究补上了柔性电子处理器的空缺
最近，芯片IP巨头ARM和英国初创公司PragmatIC合作研发的基于柔性TFT的32位ARM处理器则可以说是将柔性集成电路领域的一个重要里程碑。在七月底发布在顶级科学期刊《自然》的论文中， ARM和PragmatIC则公布了该研究的一些重要信息。

文章图片

文章图片
首先，该ARM处理器的完成度和复杂度非常高。它基于ARMv6-M架构外加两级流水线，可以直接跑兼容Cortex-M0的程序。在模块方面，它事实上是一个SoC ，除了CPU之外，还包括了互联接口（AHB-Lite）、ROM和RAM 。其等价逻辑门数高达18000 ，比前述的由上千个TFT组成的柔性集成电路的规模大了一个数量级。处理器的时钟频率可以达到29KHz ，功耗则为21mW 。
此外，在设计流程和制造工艺方面，使用了PragmatIC提供的工艺技术（FlexLogIC）。该技术使用了IGZO TFT晶体管，晶元尺寸为200mm ，而晶体管沟道尺寸（特征尺寸）则为0.8um ，供电电压为3V ，可用的金属层数为4层。在论文中，研究者估计基于同样的TFT器件，预计可以继续进化到支持十万门数量级的柔性集成电路，离目前的万门处理器还有至少一个数量级的上升空间。PragmatIC还提供了该工艺对应的标准单元库和工艺库（SDK），其中标准单元库中提供了常见的逻辑门（反相器、与非门，寄存器等），而标准单元库和SDK搭配则可以直接兼容标准化的数字EDA流程（包括逻辑综合，布局布线和时序优化等），因此整套设计流程已经非常接近商用化。
柔性集成电路的未来
与硅基CMOS电路目前已经接近摩尔定律的瓶颈不同，柔性集成电路目前还处于摩尔定律发展曲线的初期，因此未来无论是集成度、性能还是功耗方面都可望会有很大的提升空间。根据欧洲顶尖半导体研究机构IMEC在《自然·电子学》发表的柔性集成电路的展望论文《The development of flexible integrated circuits based on thin-film transistors》，当未来的柔性集成电路的特征尺寸发展到200nm左右（即目前主流1um左右特征尺寸的五分之一到十分之一）时，其电路性能可望达到目前的20倍以上，而功耗则可以达到目前的一百分之一。到那个时候，我们可望可以看到功能更强大的柔性集成电路SoC（包括传感、处理和通信系统），从而真正赋能下一代“万物智能”时代，让智能化走入所有日常物件。

文章图片

文章图片
欧洲的机构在柔性集成电路的研究领域有非常高的热情。英国芯片IP巨头ARM在柔性集成电路研究领域做了非常多的投资，并且主导了一系列具有前瞻性的研究。除了这次发表的首个柔性32位ARM处理器之外， ARM在这之前还发表了一系列基于柔性集成电路的工作，包括基于TFT的机器学习加速器等等。另外， IMEC在柔性集成电路领域也有很多重要的工作。目前，中国的TFT相关产业在显示领域有京东方这样的领军企业，拥有不错的底子，希望能在柔性集成电路领域的研究在未来几年能有更多投入，从而当柔性集成电路成为主流时，中国的相关产业也能成为领军企业。
来源：半导体行业观察