芯东西（公众号：aichip001）
作者 | 高歌
编辑 | Panken
芯东西9月30日报道，最近一段时间，英国芯片厂商PragmatIC开始频繁出现在行业的视线中。该公司先是与Arm合作在学术顶刊Nature上发表了基于Arm Cortex-M0的柔性片上系统（SoC），之后又开始制造曾用于任天堂FC游戏机、Apple I电脑、文曲星学习机的6502处理器柔性版。
和传统芯片不同，PragmatIC制造的柔性芯片可以建立在纸、塑料或金属箔等基板上，其成本和薄厚都优于现有芯片。事实上，PragmatIC的柔性集成电路（FlexIC）生产周期最短不到一天，每年可生产数十亿片，远超传统晶圆厂生产效率。
6502处理器创造者之一的Bill Mensch也在采访中表达了对柔性6502处理器的兴奋和激动。他认为这使6502处理器焕发了新的活力。芯东西将起底这家频繁露脸的柔性芯片厂商，揭示柔性芯片的行业潜力。
▲6502 处理器的共同创造者Bill Mensch
一、PragmatIC前身来自曼彻斯特大学
如果要回顾PragmatIC的创建历史，还要从一位中国学者讲起。1995年，宋爱民从中科院半导体所取得博士学位。博士毕业后，他辗转于英国格拉斯哥大学、德国慕尼黑大学和瑞典隆德大学。2002年宋爱民在曼彻斯特大学任讲师职位，4年后，38岁的他被破格升为终身教授。
▲曼彻斯特大学教授宋爱民
宋爱民的研究重点就是新型纳米电子器件和可印刷薄膜电子学。2006年，他所带领的研究小组拆分，成立了Plastic ePrint公司，专注于单层晶体管印刷系统。后来，这家公司改名为Nano ePrint。
根据曼彻斯特大学孵化器的介绍，Nano ePrint的产品可用于电子贺卡、智能包装、电子品牌等，并有在医疗、消费等领域应用的潜力。
2009年，Nano ePrint已实现了传统印刷电子产品10倍以上的性能和100倍以上的晶体管密度。因此，该公司获得了英国西北地区发展署（NWDA）的资助。时任Nano ePrint首席执行官的Scott White评论道：“这项特殊的资助突出了Nano ePrint方法的新颖性以及我们的印刷可编程逻辑架构带来的巨大市场机会。”
Nano ePrint主要使用氧化锌等金属氧化物作为半导体材料，PET薄膜作为柔性基材，利用纳米压印光刻技术来制造平面晶体管和二极管。
▲Nano ePrint柔性电路原理图
这种工艺不需要介电材料或源极、漏极和栅极间的导电接触。因此简单的电路或功能单元可直接在半导体层内实现相邻器件的互连，不过复杂电路则仍需要单独的导电互连层。
2010年2月，Nano ePrint宣布与英国交互式印刷电子Novalia公司合作，开发生产印刷电子贺卡，该项目获得了3个英国地区的发展机构赞助。
二、搬到剑桥获Arm、CPI支持
2010年，Scott White和Richard Price又在剑桥成立了一个团队，这就是PragmatIC。同年，PragmatIC收购Nano ePrint，并承接了相关业务。Scott White称，在剑桥建立新公司将带来更多开发可能。
他说：“剑桥是印刷电子的专业中心，塑料逻辑芯片、CDT、剑桥综合知识中心和剑桥大学都位于这里。PragmatIC在剑桥拥有一个经验丰富的核心团队，他们在印刷电子和压印技术的其他应用方面拥有丰富的经验。”
▲PragmatIC的两位创始人：CEO Scott White（左）和首席技术官Richard Price（右）
2012年，PragmatIC获得了英国国家高价值制造技术创新中心（CPI）的支持，得到了价值5000万英镑的生产设施，完善了FlexIC（柔性集成电路）的制造流程，提升了产品产能和良率。
2015年1月，PragmatIC获得剑桥创新资本和Arm的融资。当时的Arm首席技术官Mike Muller说：“我们支持PragmatIC，因为它们有可能显着扩展嵌入式智能的外形和经济性范围。我们看到了以极低的成本在日常物品中嵌入连接性和计算能力的特别令人信服的可能性。”
在获得了Arm和剑桥创新资本投资后，PragmatIC发展逐渐走向了快车道。同年3月，PragmatIC和IMEC等6家公司联手组成了PING（印刷智能NFC游戏卡和包装）联盟，将柔性电子产品带入了主流市场。
该联盟计划在3年内建立标准化的低成本和大批量制造流程，将无线识别和电力传输技术其纳入到纸、塑料、包装等柔性材料中。PragmatIC在这个联盟中主要负责将薄膜技术、柔性芯片设计和自己的大规模柔性制造工艺相结合，为实现“物联网”铺平道路。
三、Arm、IMEC纷纷入局，已实现个人电脑芯片柔性化
今年7月，Arm和PragmatIC合作的论文发表在了Nature上，其研究能够将数十亿个低成本、柔性芯片嵌入到日常用品中。双方一起制造了一种基于Arm Cortex-M0的柔性SoC PlasticARM。
这颗SoC面积为59.2mm2，时钟频率最高可达29KHz，功耗仅为21mW。PlasticARM采用了薄膜晶体管（TFT），制程为0.8μm，可以弯曲到曲率半径为3mm的程度。
▲PlasticARM示意图
研究人员称，PlasticARM拥有超过18000个逻辑门，比之前的柔性集成电路高12倍，是迄今为止最复杂的柔性集成电路。而在PlasticARM的基础上，人们可以构建低成本、可弯曲的智能集成系统，实现真正的“万物互联”。
论文发表的两天后，Arm和PragmatIC称，双方正在开发用于可穿戴设备的低成本、柔性心脏监测器，其单颗监测器的生产成本只有几美分。
8月，PragmatIC宣布已制造了6502处理器的柔性版本，进一步推动了柔性处理器的应用前景。6502处理器是一款标志性的处理器，于1975年代推出。乔布斯的第一款电脑Apple-1就采用了这款芯片。
之后，6502处理器又被Apple II、任天堂FC游戏机等设备所采用，国内的文曲星学习机也使用了这一款芯片。
PragmatIC称，柔性6502研发出来不到两周，就已经进行了第二次迭代，以优化引脚排列、占位面积等。这样的速度对于传统的硅基芯片来说几乎是不可能的，展示了FlexIC Foundry“改变游戏规则”的能力。
6502处理器的共创创始人Bill Mensch认为，PragmatIC所做的事情与当时6502处理器刚刚研发出来一样具有变革性。
PragmatIC CEO Scott White称，他最感兴趣的是为往常不会和电子联系起来的事物添加新功能和交互性。当前物联网市场看好的射频识别（RFID）就是一个很好的例子。
该技术可以为数十亿产品添加唯一的无线识别ID，可以改善库存控制。PragmatIC还可以将RFID扩展到更广泛的日常用品中，比如利用这一技术对塑料瓶进行再利用和回收、对药品进行跟踪确保安全等。
▲从手机上进行追踪
由于柔性电子学的巨大前景，斯坦福大学、IMEC、Arm等高校和公司都在研发柔性芯片。
而和PragmatIC渊源颇深的华人学者宋爱民也在2010年创办了济南嘉源电子有限公司，专注于薄膜显示屏、智能包装等。当前该公司已拥有专利40余项，拥有完全自主知识产权的CFD薄膜显示屏，具有可任意弯曲对折、待机时间长等特性。
结语：柔性芯片或可缓解芯片短缺
低成本的柔性芯片可以为万物联网提供基础，让饮料瓶、食品包装、服装、绷带、可穿戴设备等日常用品实现智能化。
另一方面，在全球缺芯的当下，传统晶圆厂建设周期长达2-3年。而FlexIC Foundry的建设周期仅为12个月，生产效率也远超传统晶圆厂。当前短缺的芯片大部分基于成熟制程，应用于物联网、汽车等领域。
对于物联网领域中的低成本芯片来说，柔性集成电路生产工艺可以有效地降低其成本、缩短投产周期。未来，柔性芯片工艺制程如果进一步提升，或许会对行业造成冲击，改变很多芯片的生产模式。
