Arm이 실리콘이 아닌 플라스틱 재료에서 Arm Cortex-M0 프로세서를 만드는 연구 논문을 내이처에 개제했습니다.

 

Arm Cortex-M0은 Arm의 제품 중 가장 간단한 것으로 다이 면적이 작고 전력 사용량이 낮아 간단한 마이크로 컨트롤러가 필요한 분야에 씁니다. 그래서 플라스틱 같은 새로운 재료를 테스트하기에 제격이죠.

 

이 플라스틱 M0에는 128바이트 램과 456바이트 롬이 있고, 32비트 Arm 마이크로 아키텍처를 지원하는 M0 프로세서로 구성됩니다. 16비트 Thumb ISA와 32비트 Thumb 하위 명령어 셋으로 구성된 ARM v6-M 아키텍처를 사용합니다. 다른 M0 프로세서와 마찬가지로 데이터/어드레스 폭은 32비트, 2단계 파이프라인의 인 오더, 86개 명령어를 지원합니다. 

 

다만 다른 M0 프로세서와는 다르게 레지스터 파일을 CPU 내부가 아니라 128바이트 DRAM 뱅크에 맵핑합니다. 하지만 다른 Cortex M0과 바이너리 호환됩니다. 

 

제조의 경우 폴리이미드 기판에 IGZO TFT 박막 금속 산화물 트랜지스터를 형성해 만들었습니다. 스핀 코팅과 포토 레지스트 기술을 사용하는 포토리소그래피 공정이며, 13개의 재료 층과 4개의 라우팅 메탈 층을 갖춥니다. 

 

TSMC 90nm 공정으로 만든 실리콘 M0의 다이 크기는 0.04제곱mm입니다. 플라스틱Arm은 800nm TFT 공정을 사용하며 면적은 59.2제곱mm(7.536x7.856mm)입니다. 일반 IoT 칩의 1500배 크기죠. 또 3V의 전압으로 20~29kHz로 작동합니다. 보통 180nm 저전력 공정의 M0은 50Mhz로 작동합니다. 클럭이 엄청 낮다는 소립니다. 

 

플라스틱 M0은 39157 박막 n형 트랜지스터와 17183 저항이 혼합된 56340 디바이스를 사용해 물리적으로 추가된 저항이 없습니다. 레이어 내부의 TFT 수준에서 저항을 구현해 크기를 줄이고 더 높은 저항을 가진 재료를 쓸 수 있습니다. 29kHz에서 플라스틱 M0의 전체 전력은 21mW인데 그 중 99%는 스태틱 전력(코어 45%, 메모리 33%, IO 22%)입니다. 28개의 핀은 클럭 제네레이터, 재설정, GPIO, 전원, 디버그 등이 포함됩니다. 

 

이 프로젝트는 2013년에 시작되 2015년 Arm Techcon에서 선보였으며 첫번째 제조와 검증은 2020년 10월에야 이루어졌습니다. Arm은 M0보다 더 복잡한 코어를 TFT로 만들기 위해서는 저전력 라이브러리가 필요하고, 플라스틱 M0의 전력 사용량 대부분은 설계와 제조 공정 개선으로 줄여나갈 수 있으리라 보고 있습니다. 또 플라스틱 가공의 경우 크기에 제한이 없고 잉크젯 방식으로 인쇄도 가능하기에 앞으로 더 나아질 여지가 있습니다. 

 

논문은 여기로

https://community.arm.com/developer/research/b/articles/posts/plasticarm-realising-the-full-potential-of-the-internet-of-things?utm_source=twitter&utm_medium=social&utm_campaign=2021_education-r&d-research_mk07-3_arm_na_na_awa&utm_content=blog

 

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03625-w.pdf