9 月 30 日訊息最近一段時間，英國晶片廠商 PragmatIC 開始頻繁出現在行業的視線中。該公司先是與 Arm 合作在學術頂刊 Nature 上發表了基於 Arm Cortex-M0 的柔性片上系統（SoC），之後又開始製造曾用於任天堂 FC 遊戲機、Apple I 電腦、文曲星學習機的 6502 處理器柔性版。

和傳統晶片不同，PragmatIC 製造的柔性晶片可以建立在紙、塑料或金屬箔等基板上，其成本和薄厚都優於現有晶片。事實上，PragmatIC 的柔性積體電路（FlexIC）生產週期最短不到一天，每年可生產數十億片，遠超傳統晶圓廠生產效率。

6502 處理器創造者之一的 Bill Mensch 也在採訪中表達了對柔性 6502 處理器的興奮和激動。他認為這使 6502 處理器煥發了新的活力。芯東西將起底這家頻繁露臉的柔性晶片廠商，揭示柔性晶片的行業潛力。

▲ 6502 處理器的共同創造者 Bill Mensch

一、PragmatIC 前身來自曼徹斯特大學

如果要回顧 PragmatIC 的建立歷史，還要從一位中國學者講起。1995 年，宋愛民從中科院半導體所取得博士學位。博士畢業後，他輾轉於英國格拉斯哥大學、德國慕尼黑大學和瑞典隆德大學。2002 年宋愛民在曼徹斯特大學任講師職位，4 年後，38 歲的他被破格升為終身教授。

▲ 曼徹斯特大學教授宋愛民

宋愛民的研究重點就是新型奈米電子器件和可印刷薄膜電子學。2006 年，他所帶領的研究小組拆分，成立了 Plastic ePrint 公司，專注於單層電晶體印刷系統。後來，這家公司改名為 Nano ePrint。

根據曼徹斯特大學孵化器的介紹，Nano ePrint 的產品可用於電子賀卡、智慧包裝、電子品牌等，並有在醫療、消費等領域應用的潛力。

2009 年，Nano ePrint 已實現了傳統印刷電子產品 10 倍以上的效能和 100 倍以上的電晶體密度。因此，該公司獲得了英國西北地區發展署（NWDA）的資助。時任 Nano ePrint 執行長的 Scott White 評論道：“這項特殊的資助突出了 Nano ePrint 方法的新穎性以及我們的印刷可程式設計邏輯架構帶來的巨大市場機會。”

Nano ePrint 主要使用氧化鋅等金屬氧化物作為半導體材料，PET 薄膜作為柔性基材，利用奈米壓印光刻技術來製造平面電晶體和二極體。

▲ Nano ePrint 柔性電路原理圖

這種工藝不需要介電材料或源極、漏極和柵極間的導電接觸。因此簡單的電路或功能單元可直接在半導體層內實現相鄰器件的互連，不過複雜電路則仍需要單獨的導電互連層。

2010 年 2 月，Nano ePrint 宣佈與英國互動式印刷電子 Novalia 公司合作，開發生產印刷電子賀卡，該專案獲得了 3 個英國地區的發展機構贊助。

二、搬到劍橋獲 Arm、CPI 支援

2010 年，Scott White 和 Richard Price 又在劍橋成立了一個團隊，這就是 PragmatIC。同年，PragmatIC 收購 Nano ePrint，並承接了相關業務。Scott White 稱，在劍橋建立新公司將帶來更多開發可能。

他說：“劍橋是印刷電子的專業中心，塑料邏輯晶片、CDT、劍橋綜合知識中心和劍橋大學都位於這裡。PragmatIC 在劍橋擁有一個經驗豐富的核心團隊，他們在印刷電子和壓印技術的其他應用方面擁有豐富的經驗。”

▲ PragmatIC 的兩位創始人：CEO Scott White（左）和首席技術官 Richard Price（右）

2012 年，PragmatIC 獲得了英國國家高價值製造技術創新中心（CPI）的支援，得到了價值 5000 萬英鎊的生產設施，完善了 FlexIC（柔性積體電路）的製造流程，提升了產品產能和良率。

2015 年 1 月，PragmatIC 獲得劍橋創新資本和 Arm 的融資。當時的 Arm 首席技術官 Mike Muller 說：“我們支援 PragmatIC，因為它們有可能顯著擴充套件嵌入式智慧的外形和經濟性範圍。我們看到了以極低的成本在日常物品中嵌入連線性和計算能力的特別令人信服的可能性。”

在獲得了 Arm 和劍橋創新資本投資後，PragmatIC 發展逐漸走向了快車道。同年 3 月，PragmatIC 和 IMEC 等 6 家公司聯手組成了 PING（印刷智慧 NFC 遊戲卡和包裝）聯盟，將柔性電子產品帶入了主流市場。

該聯盟計劃在 3 年內建立標準化的低成本和大批量製造流程，將無線識別和電力傳輸技術其納入到紙、塑料、包裝等柔性材料中。PragmatIC 在這個聯盟中主要負責將薄膜技術、柔性晶片設計和自己的大規模柔性製造工藝相結合，為實現“物聯網”鋪平道路。

三、Arm、IMEC 紛紛入局，已實現個人電腦晶片柔性化

今年 7 月，Arm 和 PragmatIC 合作的論文發表在了 Nature 上，其研究能夠將數十億個低成本、柔性晶片嵌入到日常用品中。雙方一起製造了一種基於 Arm Cortex-M0 的柔性 SoC PlasticARM。

這顆 SoC 面積為 59.2mm2，時鐘頻率最高可達 29KHz，功耗僅為 21mW。PlasticARM 採用了薄膜電晶體（TFT），製程為 0.8μm，可以彎曲到曲率半徑為 3mm 的程度。

▲ PlasticARM 示意圖

研究人員稱，PlasticARM 擁有超過 18000 個邏輯閘，比之前的柔性積體電路高 12 倍，是迄今為止最複雜的柔性積體電路。而在 PlasticARM 的基礎上，人們可以構建低成本、可彎曲的智慧整合系統，實現真正的“萬物互聯”。

論文發表的兩天後，Arm 和 PragmatIC 稱，雙方正在開發用於可穿戴裝置的低成本、柔性心臟監測器，其單顆監測器的生產成本只有幾美分。

8 月，PragmatIC 宣佈已製造了 6502 處理器的柔性版本，進一步推動了柔性處理器的應用前景。6502 處理器是一款標誌性的處理器，於 1975 年代推出。喬布斯的第一款電腦 Apple-1 就採用了這款晶片。

之後，6502 處理器又被 Apple II、任天堂 FC 遊戲機等裝置所採用，國內的文曲星學習機也使用了這一款晶片。

PragmatIC 稱，柔性 6502 研發出來不到兩週，就已經進行了第二次迭代，以優化引腳排列、佔位面積等。這樣的速度對於傳統的矽基晶片來說幾乎是不可能的，展示了 FlexIC Foundry“改變遊戲規則”的能力。

6502 處理器的共創創始人 Bill Mensch 認為，PragmatIC 所做的事情與當時 6502 處理器剛剛研發出來一樣具有變革性。

PragmatIC CEO Scott White 稱，他最感興趣的是為往常不會和電子聯絡起來的事物新增新功能和互動性。當前物聯網市場看好的射頻識別（RFID）就是一個很好的例子。

該技術可以為數十億產品新增唯一的無線識別 ID，可以改善庫存控制。PragmatIC 還可以將 RFID 擴充套件到更廣泛的日常用品中，比如利用這一技術對塑料瓶進行再利用和回收、對藥品進行跟蹤確保安全等。

▲ 從手機上進行追蹤

由於柔性電子學的巨大前景，斯坦福大學、IMEC、Arm 等高校和公司都在研發柔性晶片。

而和 PragmatIC 淵源頗深的華人學者宋愛民也在 2010 年創辦了濟南嘉源電子有限公司，專注於薄膜顯示屏、智慧包裝等。當前該公司已擁有專利 40 餘項，擁有完全自主智慧財產權的 CFD 薄膜顯示屏，具有可任意彎曲對摺、待機時間長等特性。

結語：柔性晶片或可緩解晶片短缺

低成本的柔性晶片可以為萬物聯網提供基礎，讓飲料瓶、食品包裝、服裝、繃帶、可穿戴裝置等日常用品實現智慧化。

另一方面，在全球缺芯的當下，傳統晶圓廠建設週期長達 2-3 年。而 FlexIC Foundry 的建設週期僅為 12 個月，生產效率也遠超傳統晶圓廠。當前短缺的晶片大部分基於成熟製程，應用於物聯網、汽車等領域。

對於物聯網領域中的低成本晶片來說，柔性積體電路生產工藝可以有效地降低其成本、縮短投產週期。未來，柔性晶片工藝製程如果進一步提升，或許會對行業造成衝擊，改變很多晶片的生產模式。