Ohne Silizium: Erste biegsame Prozessoren mit RISC-V-Architektur

Es ist wohl erstmals gelungen, einen relativ leistungsfähigen Prozessor zu entwickeln, bei dem man komplett auf Silizium verzichtet. Die 32-Bit-CPU arbeitet sehr stromsparend und funktioniert dank flexibler Materialien sogar in einem gebogenen Zustand.

Offenes Design

Entwickelt wurde der Chip von der britischen Firma Pragmatic Semiconductor. Er könnte dank seiner kostengünstigen Herstellung für weniger als einen Dollar in verschiedensten Anwendungen wie tragbarer Medizintechnik oder intelligenten Verpackungsetiketten eingesetzt werden. Der Flex-RV-Chip basiert auf Indium-Gallium-Zink-Oxid (IGZO), einem Halbleitermaterial, das sich auf flexible Kunststoffe aufbringen lässt. Dadurch wird die Herstellung im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumchips kostengünstiger und weniger aufwendig.

Ein Beispiel für die Einsatzmöglichkeiten dieses flexiblen Prozessors ist ein EKG-Pflaster, das über biegsame Elektroden am Körper befestigt wird. Der Mikroprozessor könnte Daten zur Herzfrequenz auslesen und Unregelmäßigkeiten wie Herzrhythmusstörungen erkennen, wie Emre Ozer, Senior Director für Prozessentwicklung bei Pragmatic, erklärt. Solche Aufgaben des maschinellen Lernens lassen sich auf dem flexiblen Mikrochip in Echtzeit umsetzen. So aufgerollt verliert der Chip nur 4 Prozent seiner Performance Der Flex-RV nutzt die offene RISC-V-Architektur, die seit ihrer Einführung 2010 für ihre schlanke und effiziente Befehlssatzstruktur bekannt ist. Durch das offene und lizenzfreie Design können Entwickler auf teure Lizenzgebühren für proprietäre Architekturen wie x86 oder ARM verzichten und den Chip individuell anpassen. Dies macht den Flex-RV nicht nur preiswert, sondern auch vielseitiger einsetzbar.

Optimal für Sensoren

Mit einer Taktfrequenz von nur 60 Kilohertz ist der Flex-RV zwar langsamer als traditionelle Siliziumchips, aber für Anwendungen wie Sensoren in intelligenten Verpackungen oder tragbarer Elektronik mehr als ausreichend. Diese Sensoren arbeiten häufig im niedrigen Hertz- oder Kilohertz-Bereich, weshalb die Geschwindigkeit des Flex-RV für solche Einsatzzwecke optimal ist. Und im Verhältnis zum Stromverbrauch von weniger als 6 Milliwatt kommt der Prozessor letztlich auf recht gute Leistungswerte.

Der Mikroprozessor wurde erfolgreich auf flexiblen Leiterplatten getestet und zeigte auch im gebogenen Zustand eine zuverlässige Leistung. Trotz leichter Performance-Schwankungen beim Biegen, die weiter untersucht werden sollen, stellt der Chip einen bedeutenden Fortschritt in der Entwicklung flexibler Elektronik dar. Die Ergebnisse der Forschungsarbeit an dem Prozessor wurden jetzt in der Fachzeitschrift Nature publiziert.


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