9 月 30 日消息 最近一段時(shí)間，英國(guó)芯片廠(chǎng)商 PragmatIC 開(kāi)始頻繁出現(xiàn)在行業(yè)的視線(xiàn)中。該公司先是與 Arm 合作在學(xué)術(shù)頂刊 Nature 上發(fā)表了基于 Arm Cortex-M0 的柔性片上系統(tǒng)（SoC），之后又開(kāi)始制造曾用于任天堂 FC 游戲機(jī)、Apple I 電腦、文曲星學(xué)習(xí)機(jī)的 6502 處理器柔性版。
和傳統(tǒng)芯片不同，PragmatIC 制造的柔性芯片可以建立在紙、塑料或金屬箔等基板上，其成本和薄厚都優(yōu)于現(xiàn)有芯片。事實(shí)上，PragmatIC 的柔性集成電路（FlexIC）生產(chǎn)周期最短不到一天，每年可生產(chǎn)數(shù)十億片，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)晶圓廠(chǎng)生產(chǎn)效率。
6502 處理器創(chuàng)造者之一的 Bill Mensch 也在采訪(fǎng)中表達(dá)了對(duì)柔性 6502 處理器的興奮和激動(dòng)。他認(rèn)為這使 6502 處理器煥發(fā)了新的活力。芯東西將起底這家頻繁露臉的柔性芯片廠(chǎng)商，揭示柔性芯片的行業(yè)潛力。
▲ 6502 處理器的共同創(chuàng)造者 Bill Mensch
一、PragmatIC 前身來(lái)自曼徹斯特大學(xué)
如果要回顧 PragmatIC 的創(chuàng)建歷史，還要從一位中國(guó)學(xué)者講起。1995 年，宋愛(ài)民從中科院半導(dǎo)體所取得博士學(xué)位。博士畢業(yè)后，他輾轉(zhuǎn)于英國(guó)格拉斯哥大學(xué)、德國(guó)慕尼黑大學(xué)和瑞典隆德大學(xué)。2002 年宋愛(ài)民在曼徹斯特大學(xué)任講師職位，4 年后，38 歲的他被破格升為終身教授。
▲ 曼徹斯特大學(xué)教授宋愛(ài)民
宋愛(ài)民的研究重點(diǎn)就是新型納米電子器件和可印刷薄膜電子學(xué)。2006 年，他所帶領(lǐng)的研究小組拆分，成立了 Plastic ePrint 公司，專(zhuān)注于單層晶體管印刷系統(tǒng)。后來(lái)，這家公司改名為 Nano ePrint。
根據(jù)曼徹斯特大學(xué)孵化器的介紹，Nano ePrint 的產(chǎn)品可用于電子賀卡、智能包裝、電子品牌等，并有在醫(yī)療、消費(fèi)等領(lǐng)域應(yīng)用的潛力。
2009 年，Nano ePrint 已實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)印刷電子產(chǎn)品 10 倍以上的性能和 100 倍以上的晶體管密度。因此，該公司獲得了英國(guó)西北地區(qū)發(fā)展署（NWDA）的資助。時(shí)任 Nano ePrint 首席執(zhí)行官的 Scott White 評(píng)論道：“這項(xiàng)特殊的資助突出了 Nano ePrint 方法的新穎性以及我們的印刷可編程邏輯架構(gòu)帶來(lái)的巨大市場(chǎng)機(jī)會(huì)?！?/p>
Nano ePrint 主要使用氧化鋅等金屬氧化物作為半導(dǎo)體材料，PET 薄膜作為柔性基材，利用納米壓印光刻技術(shù)來(lái)制造平面晶體管和二極管。
▲ Nano ePrint 柔性電路原理圖
這種工藝不需要介電材料或源極、漏極和柵極間的導(dǎo)電接觸。因此簡(jiǎn)單的電路或功能單元可直接在半導(dǎo)體層內(nèi)實(shí)現(xiàn)相鄰器件的互連，不過(guò)復(fù)雜電路則仍需要單獨(dú)的導(dǎo)電互連層。
2010 年 2 月，Nano ePrint 宣布與英國(guó)交互式印刷電子 Novalia 公司合作，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)印刷電子賀卡，該項(xiàng)目獲得了 3 個(gè)英國(guó)地區(qū)的發(fā)展機(jī)構(gòu)贊助。
二、搬到劍橋獲 Arm、CPI 支持
2010 年，Scott White 和 Richard Price 又在劍橋成立了一個(gè)團(tuán)隊(duì)，這就是 PragmatIC。同年，PragmatIC 收購(gòu) Nano ePrint，并承接了相關(guān)業(yè)務(wù)。Scott White 稱(chēng)，在劍橋建立新公司將帶來(lái)更多開(kāi)發(fā)可能。
他說(shuō)：“劍橋是印刷電子的專(zhuān)業(yè)中心，塑料邏輯芯片、CDT、劍橋綜合知識(shí)中心和劍橋大學(xué)都位于這里。PragmatIC 在劍橋擁有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的核心團(tuán)隊(duì)，他們?cè)谟∷㈦娮雍蛪河〖夹g(shù)的其他應(yīng)用方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)?！?/p>
▲ PragmatIC 的兩位創(chuàng)始人：CEO Scott White（左）和首席技術(shù)官 Richard Price（右）
2012 年，PragmatIC 獲得了英國(guó)國(guó)家高價(jià)值制造技術(shù)創(chuàng)新中心（CPI）的支持，得到了價(jià)值 5000 萬(wàn)英鎊的生產(chǎn)設(shè)施，完善了 FlexIC（柔性集成電路）的制造流程，提升了產(chǎn)品產(chǎn)能和良率。
2015 年 1 月，PragmatIC 獲得劍橋創(chuàng)新資本和 Arm 的融資。當(dāng)時(shí)的 Arm 首席技術(shù)官 Mike Muller 說(shuō)：“我們支持 PragmatIC，因?yàn)樗鼈冇锌赡茱@著擴(kuò)展嵌入式智能的外形和經(jīng)濟(jì)性范圍。我們看到了以極低的成本在日常物品中嵌入連接性和計(jì)算能力的特別令人信服的可能性?！?/p>
在獲得了 Arm 和劍橋創(chuàng)新資本投資后，PragmatIC 發(fā)展逐漸走向了快車(chē)道。同年 3 月，PragmatIC 和 IMEC 等 6 家公司聯(lián)手組成了 PING（印刷智能 NFC 游戲卡和包裝）聯(lián)盟，將柔性電子產(chǎn)品帶入了主流市場(chǎng)。
該聯(lián)盟計(jì)劃在 3 年內(nèi)建立標(biāo)準(zhǔn)化的低成本和大批量制造流程，將無(wú)線(xiàn)識(shí)別和電力傳輸技術(shù)其納入到紙、塑料、包裝等柔性材料中。PragmatIC 在這個(gè)聯(lián)盟中主要負(fù)責(zé)將薄膜技術(shù)、柔性芯片設(shè)計(jì)和自己的大規(guī)模柔性制造工藝相結(jié)合，為實(shí)現(xiàn)“物聯(lián)網(wǎng)”鋪平道路。
三、Arm、IMEC 紛紛入局，已實(shí)現(xiàn)個(gè)人電腦芯片柔性化
今年 7 月，Arm 和 PragmatIC 合作的論文發(fā)表在了 Nature 上，其研究能夠?qū)?shù)十億個(gè)低成本、柔性芯片嵌入到日常用品中。雙方一起制造了一種基于 Arm Cortex-M0 的柔性 SoC PlasticARM。
這顆 SoC 面積為 59.2mm2，時(shí)鐘頻率最高可達(dá) 29KHz，功耗僅為 21mW。PlasticARM 采用了薄膜晶體管（TFT），制程為 0.8μm，可以彎曲到曲率半徑為 3mm 的程度。
▲ PlasticARM 示意圖
研究人員稱(chēng)，PlasticARM 擁有超過(guò) 18000 個(gè)邏輯門(mén)，比之前的柔性集成電路高 12 倍，是迄今為止最復(fù)雜的柔性集成電路。而在 PlasticARM 的基礎(chǔ)上，人們可以構(gòu)建低成本、可彎曲的智能集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)真正的“萬(wàn)物互聯(lián)”。
論文發(fā)表的兩天后，Arm 和 PragmatIC 稱(chēng)，雙方正在開(kāi)發(fā)用于可穿戴設(shè)備的低成本、柔性心臟監(jiān)測(cè)器，其單顆監(jiān)測(cè)器的生產(chǎn)成本只有幾美分。
8 月，PragmatIC 宣布已制造了 6502 處理器的柔性版本，進(jìn)一步推動(dòng)了柔性處理器的應(yīng)用前景。6502 處理器是一款標(biāo)志性的處理器，于 1975 年代推出。喬布斯的第一款電腦 Apple-1 就采用了這款芯片。
之后，6502 處理器又被 Apple II、任天堂 FC 游戲機(jī)等設(shè)備所采用，國(guó)內(nèi)的文曲星學(xué)習(xí)機(jī)也使用了這一款芯片。
PragmatIC 稱(chēng)，柔性 6502 研發(fā)出來(lái)不到兩周，就已經(jīng)進(jìn)行了第二次迭代，以?xún)?yōu)化引腳排列、占位面積等。這樣的速度對(duì)于傳統(tǒng)的硅基芯片來(lái)說(shuō)幾乎是不可能的，展示了 FlexIC Foundry“改變游戲規(guī)則”的能力。
6502 處理器的共創(chuàng)創(chuàng)始人 Bill Mensch 認(rèn)為，PragmatIC 所做的事情與當(dāng)時(shí) 6502 處理器剛剛研發(fā)出來(lái)一樣具有變革性。
PragmatIC CEO Scott White 稱(chēng)，他最感興趣的是為往常不會(huì)和電子聯(lián)系起來(lái)的事物添加新功能和交互性。當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)看好的射頻識(shí)別（RFID）就是一個(gè)很好的例子。
該技術(shù)可以為數(shù)十億產(chǎn)品添加唯一的無(wú)線(xiàn)識(shí)別 ID，可以改善庫(kù)存控制。PragmatIC 還可以將 RFID 擴(kuò)展到更廣泛的日常用品中，比如利用這一技術(shù)對(duì)塑料瓶進(jìn)行再利用和回收、對(duì)藥品進(jìn)行跟蹤確保安全等。
▲ 從手機(jī)上進(jìn)行追蹤
由于柔性電子學(xué)的巨大前景，斯坦福大學(xué)、IMEC、Arm 等高校和公司都在研發(fā)柔性芯片。
而和 PragmatIC 淵源頗深的華人學(xué)者宋愛(ài)民也在 2010 年創(chuàng)辦了濟(jì)南嘉源電子有限公司，專(zhuān)注于薄膜顯示屏、智能包裝等。當(dāng)前該公司已擁有專(zhuān)利 40 余項(xiàng)，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 CFD 薄膜顯示屏，具有可任意彎曲對(duì)折、待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)等特性。
結(jié)語(yǔ)：柔性芯片或可緩解芯片短缺
低成本的柔性芯片可以為萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)提供基礎(chǔ)，讓飲料瓶、食品包裝、服裝、繃帶、可穿戴設(shè)備等日常用品實(shí)現(xiàn)智能化。
另一方面，在全球缺芯的當(dāng)下，傳統(tǒng)晶圓廠(chǎng)建設(shè)周期長(zhǎng)達(dá) 2-3 年。而 FlexIC Foundry 的建設(shè)周期僅為 12 個(gè)月，生產(chǎn)效率也遠(yuǎn)超傳統(tǒng)晶圓廠(chǎng)。當(dāng)前短缺的芯片大部分基于成熟制程，應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、汽車(chē)等領(lǐng)域。
對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的低成本芯片來(lái)說(shuō)，柔性集成電路生產(chǎn)工藝可以有效地降低其成本、縮短投產(chǎn)周期。未來(lái)，柔性芯片工藝制程如果進(jìn)一步提升，或許會(huì)對(duì)行業(yè)造成沖擊，改變很多芯片的生產(chǎn)模式。
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