Manapság szinte minden használati eszköz „okos”, de ha jobban végiggondoljuk, akkor ez a „minden” valójában relatíve kevés dologra vonatkozik – ennek oka, hogy a szilíciumból készült chipek viszonylag drágák, és felhasználhatósági szempontból nem túl flexibilisek. Képzeljünk el azonban egy világot, ahol szinte mindenbe ültethetnénk olyan chipeket, amelyekből annyit vásárolhatnánk egyszerre, mint mondjuk csavarból vagy szögből. Vagy akár még annál is többet. Egy új fejlesztés, amely úttörő az olcsó és hajlékony chipek fejlesztése terén, pedig éppen ezt ígéri.

Nem ez az első műanyagchip egyébként – legutóbb 2021-ben az Arm készítette el cég legegyszerűbb 32 bites mikrovezérlőjét, az M0-t műanyagból, de még ebből sem lett semmi. Az eddigi kudarcok oka egyszerűen megfogalmazható: még a legegyszerűbb, ipari szabványnak megfelelő mikrokontrollerek is túl bonyolultak ahhoz, hogy nagy mennyiségben műanyagra készítsék el őket. Akkor a mostani kutatás siker? Lényegében az – a hamarosan megnyíló International Symposium on Computer Architecture rendezvényen hivatalosan is bemutatásra kerülő chipen ugyan nagyjából annyi tranzisztor található, mint az 1971-es Intel 4004-ben, de teljesen működőképes, és az előállítási költsége 0,01 dollár alatt marad. A csapat egyébként 4-bites és 8-bites processzorokat készített, épp azért, hogy minimalizálják a méretet, de növeljék a működőképes, legyártott darabok számát. Az igazi siker a 4-bites processzor lett – ezeknek a 81 százaléka működött, ami egyedülálló eredmény.

A kutatók a PragmatIC céggel közösen műanyaggal bevont 4 bites és 8 bites processzorokat gyártott, és különféle feszültségeken tesztelte őket több programon, és még kegyetlenül hajlítgatták is ezeket. A hasonló, nem szilíciumból készült kísérleti processzorok esetén eddig ugyanis egy vagy legfeljebb néhány működőképes darabról tudtak beszámolni – ez az első eset tehát, hogy nagyobb mennyiségben is készültek működőképes chipek műanyagból. A csapat által épített processzorok a rugalmas vékonyréteg-félvezető indium-gallium-cink-oxid (IGZO) felhasználásával készültek, amely műanyagra építhető, és milliméteres sugarú körben meghajlítva is tovább működik. A fejlesztéshez a megbízható gyártási folyamat előfeltétel volt ugyan, de a siker kulcsa mégis a dizájn volt: ennek lényege, hogy az alapoktól új processzort fejlesztettek, és nem már egy meglévőt próbáltak a műanyaghoz igazítani. A chip neve: FlexiCore, és a lényege, hogy minimalizálják a logikai kapuk számát.

A fenti törekvés első lépése volt tehát, hogy 4- és 8-bites chipeket készítettek 16- és 32-bitesek helyett. Emellett a memóriában is elválasztották egymástól az utasításkészletet az adatoktól, de lefaragtak az utasítások számából, valamint ezek komplexitásából is. Összességében tehát le tudták egyszerűsíteni a FlexiCore-ok tervezését azáltal, hogy rugalmasan, kifejezetten a szóba jöhető alkalmazások igényeihez szabták őket – és ezen igények számítástechnikai szempontból általában egyszerűek. Az eredmény tehát egy 5,6 négyzetmilliméteres 4 bites FlexiCore processzor, amely mindössze 2104 félvezető alkatrészből áll (ez tehát nagyjából az a szám, ahány tranzisztort tartalmazott a már említett, 1971-es Intel masina) – csak hogy kontextusba helyezzük: az elvetélt, műanyag Arm processzorban 56304 alkatrész kapott helyet. Azonban még a mostani eredményen is lehetséges a további optimalizálás, elsősorban az energiaigény csökkentése szempontjából.

Mint a kutatás vezetője, Rakesh Kumar elmondta:

„A chipipar a teljesítmény, az erő, valamint bizonyos mértékig a megbízhatóság mérőszámait célozta meg. Nem a költségekre, a(z adott célnak) megfelelőségre és a vékonyságra összpontosítottunk. Az ez utóbbiakra való törekvés lehetővé teszi számunkra, hogy új számítógépes architektúrákat építsünk, amelyekkel új alkalmazási területeket célzunk meg.”

(Kép:  PragmatIC Semiconductor)