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科學家首次創造出非矽材質的柔性可程式化晶片。這款由英國 Pragmatic Semiconductor 公司及其合作夥伴研發的超低功耗 32 位元微處理器，可以在彎曲時運作，並能執行機器學習工作負載。其發明者補充說，該微晶片採用開源的 RISC-V 架構，成本可能不到一美元，使其有望為穿戴式醫療保健電子產品、智慧包裝標籤和其他價格低廉的物品提供動力。
例如，「我們可以開發一種心電圖貼片，將柔性電極連接到胸部，並將柔性微處理器連接到柔性電極，透過處理患者的心電圖數據來分類心律失常狀況，」Pragmatic 處理器開發高級總監艾姆雷·歐澤爾（ Emre Ozer）表示。他指出，檢測正常心律與心律失常「是一項機器學習任務，可以在柔性微處理器中的軟體中運行」。
柔性電子產品具有應用於任何需要與柔軟材料互動的領域的潛力，例如穿戴在身上或植入體內的設備。這些應用可能包括皮膚上的電腦、軟體機器人和腦機介面。但是，傳統電子產品是由矽等剛性材料製成的
開源、柔性且速度夠快
Pragmatic 試圖創造一種製造成本遠低於矽處理器的柔性微晶片。這款名為 Flex-RV 的新設備是一款基於金屬氧化物半導體銦鎵鋅氧化物 (IGZO) 的 32 位元微處理器。
嘗試用矽製造柔性設備需要對易碎的微晶片進行特殊封裝，以保護它們免受彎曲和拉伸的機械應力。相比之下，由 IGZO 製成的柔性薄膜電晶體可以直接在低溫下製造在柔性塑膠上，進而降低成本。
這款新微晶片基於 RISC-V 指令集。（RISC 是精簡指令集計算機的縮寫。）RISC-V 於 2010 年首次推出，旨在通過精簡其可執行的核心指令集來實現更小、更低功耗、性能更高的處理器。
「我們的最終目標是通過開發免許可的微處理器來使運算民主化，」歐澤爾說。
RISC-V 既免費又開源，讓晶片設計師可以規避與 x86 和 Arm 等專有架構相關的昂貴許可費用。此外，專有架構提供的客製化機會有限，因為添加新指令通常受到限制。相比之下，RISC-V 鼓勵這種變化。
「在設計 Flex-RV 時，我們選擇了由 Olof Kindgren 設計的 Serv 作為開源的 32 位元 RISC-V CPU，」歐澤爾說。「Serv 是開源社群中最小的 RISC-V 處理器。」
其他處理器也使用柔性半導體製造，例如 Pragmatic 的 32 位元 PlasticARM 和伊利諾州工程師設計的超便宜微控制器。與這些早期設備不同，Flex-RV 是可程式化的，並且可以運行以 C 語言等高級語言編寫的已編譯程式。此外，RISC-V 的開源特性還讓研究人員為 Flex-RV 配備了可程式化的機器學習硬體加速器，進而實現人工智慧應用。
每個 Flex-RV 微處理器都有一個 17.5 平方毫米的核心和大約 12,600 個邏輯閘。研究團隊發現，Flex-RV 的運行速度可以達到 60 千赫茲，同時功耗不到 6 毫瓦。
所有以前的柔性非矽微處理器都僅在其製造的晶圓上進行測試。相比之下，Flex-RV 在柔性印刷電路板上進行了測試，這讓研究人員能夠觀察它在彎曲時的運作情況。Pragmatic 團隊發現，Flex-RV 在彎曲到半徑為 3 毫米的曲線時仍然可以正確執行程式。根據彎曲方式的不同，性能會出現 4.3% 的減速到 2.3% 的加速。「需要進一步的研究來了解彎曲條件（例如方向、方向和角度）如何在宏觀和微觀尺度上影響性能，」歐澤爾說。
矽微晶片的運行速度可以達到千兆赫茲，遠快於 Flex-RV，但歐澤爾認為這應該不是問題。「柔性電子世界中的許多感測器（例如溫度、壓力、氣味、濕度、pH 值等）通常以赫茲或千赫茲的頻率非常緩慢地運行，」他說。「這些感測器用於智慧包裝、標籤和穿戴式醫療保健電子產品，這些都是柔性微處理器將派上用場的新興應用。以 60 千赫茲的頻率運行微處理器足以滿足這些應用的要求。」
歐澤爾和他的團隊認為，每個 Flex-RV 的成本可能不到一美元。雖然歐澤爾不願透露具體成本會低於一美元多少，但他表示，他們相信「由於 Pragmatic 的低成本柔性晶片製造技術和免許可的 RISC-V 技術」，如此低的成本是可能的。
科學家們於 9 月 25 日在《自然》雜誌線上詳細介紹了他們的研究成果。
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