Um novo processador de plástico por menos de um centavo por peça

Durante décadas aspiramos a ter um mundo em que todos os objetos comuns, como bandagens e garrafas, tenham uma espécie de inteligência integrada graças a processadores super baratos e baratos em termos de energia. Com o aumento das demandas relacionadas ao mundo da IoT (Internet Of Things), algumas grandes empresas começaram a pensar em soluções alternativas. É o caso de um grupo de pesquisadores, que descobriu uma maneira de criar um processador de plástico que pode ser produzido em massa por menos de um centavo por dólar .

A equipe de pesquisa apresenta assim um processador realmente simples em comparação com os padrões atuais (mesmo em comparação com os microcontroladores mais simples), mas totalmente funcional: Flexicore .

Um processador de plástico de 4 bits

Os processadores feitos pela equipe foram feitos usando a tecnologia de semicondutores flexíveis IGZO (Índio Gálio Zinco Óxido), que pode ser construído em plástico e continuar funcionando mesmo dobrado sobre si mesmo com um raio de alguns milímetros (portanto flexível). Mas, embora um processo de fabricação confiável seja um pré-requisito, foi o design que fez a diferença.

Então , em vez de adaptar uma arquitetura existente, a equipe começou do zero para criar um projeto chamado Flexicore. Com o objetivo de minimizar o número de portas lógicas necessárias para construir o processador, chegaram a uma arquitetura de 4 bits ao invés de 8, 16 ou 32 bits, e isso ajudou muito. Também ajudou a separar a memória que armazena as instruções da memória que armazena os dados. Obviamente, também foi necessário reduzir o número e a complexidade das instruções que o processador é capaz de executar, a fim de diminuir a complexidade da parte de controle e execução. A partir daqui, entende-se que não é simplesmente um processador, mas é algo mais complexo que inclui uma CPU e memória, tornando-o efetivamente um microcontrolador em todos os aspectos.

No geral, conseguimos simplificar o design do FlexiCore adaptando-o às necessidades de aplicativos flexíveis, que tendem a ser computacionalmente simples.

Tudo isso resultou em um FlexiCore de 4 bits de 5,6 mm2 composto de apenas 2104 dispositivos semicondutores (aproximadamente o mesmo número de transistores em um Intel 4004 de 1971) em comparação com cerca de 56.340 dispositivos para PlasticARM :. Esta é uma ordem de magnitude menor do que os menores microcontroladores de silício em termos de contagem de portas. A equipe também tentou produzir um processador de 8 bits, mas obteve um rendimento menor e, portanto, menos econômico.

No futuro, os pesquisadores buscarão otimizar os microcontroladores em questão para diferentes processos e cargas de trabalho . Por exemplo, pode-se pensar em arquiteturas específicas e otimizadas para diferentes áreas. Certamente, a produção de tais chips levará à integração de componentes eletrônicos em praticamente todos os lugares. A pesquisa será apresentada no Simpósio Internacional de Arquitetura de Computadores no final de junho de 2022.

O que há de errado com o silício?

Por que a equipe está pressionando para o uso dessa tecnologia específica em vez do silício clássico, ao qual todos estamos acostumados e do qual temos tanto conhecimento? A análise feita pelos pesquisadores sugere que o silício não é adequado para essa tarefa: comparado ao plástico, na verdade, é caro e inflexível mesmo que seja possível obter um grande nível de miniaturização .

Além disso, há problemas relacionados à produção de chips de silício. Os processos de fabricação atuais permitem uma área de circuito muito pequena, mas ainda é necessário deixar um espaço relativamente grande ao seu redor para que o chip possa ser cortado do wafer em que foi impresso. No caso de um processador simples como o Flexicore, haveria mais espaço ao redor da borda do que a área que contém os circuitos . Além disso, é necessário espaço para inserir pads de E/S suficientes para que os dados e a energia possam chegar ao chip. De repente, uma grande área de silício é necessária, e isso empurra o gasto geral além do limite crítico de US$ 0,1 .

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