Những Vi Mạch Nhựa Uốn Cong Này Phù Hợp Trong Những Nơi Khác Thường | MYTOUR

Buzz

Ngày cập nhật gần nhất: 15/3/2026

Nội dung bài viết

Những Vi Mạch Nhựa Uốn Cong Này Phù Hợp Trong Những Nơi Khác Thường

Giống như bất kỳ ai thiết kế vi mạch điện tử cho công việc sống, James Myers, vốn là một người chuyên về silic, “Silic rất xuất sắc,” anh ấy nói. Xuất sắc vì nó là chất bán dẻo tự nhiên - có khả năng dẫn điện và hoạt động như một chất cách điện, tùy thuộc vào điều kiện - và vì nó có thể được kỹ thuật ở quy mô nhỏ. Xuất sắc vì đó là nguyên tố phổ biến thứ hai trên Trái đất, có thể dính vào đôi chân của bạn ngay lúc này, và dễ dàng sản xuất bằng cách đun nóng cát. Những đặc tính đó đã khiến nó trở thành nền móng của gần như mọi công nghệ chúng ta sử dụng ngày nay. Những người như Myers, một kỹ sư tại công ty bán dẻo nước Anh Arm, chủ yếu dành thời gian của họ để nghĩ về cách đóng gói thêm nhiều silic vào diện tích ít hơn - một bước tiến hóa từ hàng nghìn bóng bán dẻo mỗi vi mạch trong những năm 1970 đến hàng tỉ ngày nay. Theo Định luật Moore, chúng ta, như Myers mô tả, “đang bơi trong silic.”

Trong vài năm gần đây, tuy nhiên, Myers đã nhìn xa hơn silic đến các vật liệu khác, như nhựa. Điều đó có nghĩa là bắt đầu lại từ đầu. Vài năm trước, đội của anh bắt đầu thiết kế vi mạch nhựa chứa hàng chục transistor, sau đó là hàng trăm, và bây giờ, như báo cáo trong Nature vào thứ Tư, hàng ngàn transistor. Bộ xử lý 32 bit chứa 18.000 cổng logic - những công tắc điện bạn nhận được từ sự kết hợp của transistor - và các cấu trúc cơ bản của một bộ não máy tính: bộ xử lý, bộ nhớ, điều khiển, đầu vào và đầu ra, vv. Về khả năng của nó? Hãy nghĩ về máy tính để bàn từ những năm 1980 đầu.

Tại sao quay lại đồng hồ công nghệ? Bởi vì vi mạch silic hiện đại là những lát mạch điện tử dễ vỡ, cứng nhắc. Dưới tác động, chúng nát vụn. Và mặc dù silic rẻ, và đang trở nên rẻ hơn, nhưng có những trường hợp sử dụng mà có lẽ không bao giờ rẻ đủ. Hãy xem xét một vi mạch máy tính được đặt bên trong một hộp sữa, thay thế ngày hết hạn in trên hộp bằng một cảm biến phát hiện dấu hiệu hóa học của sự hỏng. Hữu ích? Một phần! Nhưng chỉ đáng giá khi thêm vào hàng tỉ hộp sữa nếu chi phí là tối thiểu. Một ứng dụng mà Arm đang thử nghiệm là một vi mạch đặt trên ngực giám sát bệnh nhân có triệu chứng nhịp tim không đều - một nhịp tim không ổn định, uốn éo và dự kiến sẽ được vứt bỏ sau vài giờ. Đối với điều đó, bạn cần một máy tính rẻ tiền nhưng, quan trọng hơn, là một máy tính uốn cong. “Nó cần phải di chuyển cùng bạn và không bị rơi rụt,” Myers nói.

A number of materials could theoretically meet those needs. Researchers have built transistors from organic materials and designed substrates—that’s the wafer the transistors go into—out of metal foils and even paper. The chip Myers’ team described Wednesday is composed of “thin-film transistors” made from metal oxides—a mix of indium, gallium, and zinc—that can be made thinner than their silicon counterparts. The substrate is polyimide, a kind of plastic, rather than a silicon wafer. It’s cheap, thin, and flexible—and also a bit of a pain to engineer. Plastic melts at a lower temperature than silicon, meaning some production techniques involving heat are no longer usable. And the thin transistors may contain imperfections, meaning energy doesn't move around the circuitry in ways that chipmakers expect. Compared with modern chips, the design also uses a lot more power. These are the same issues that bedeviled chipmakers in the 1970s and ’80s, Myers points out. He can now sympathize with his older colleagues.

Compared with the billions found in modern 64-bit silicon processors, 18,000 gates doesn’t sound like much, but Myers speaks of them with pride. Sure, the microprocessor doesn’t do much; it just runs some test code he wrote five years ago that makes sure all the components are working. The chip can run the same sort of code as one of Arm’s common, silicon-based processors.

That consistency with silicon devices is key, explains Catherine Ramsdale, a coauthor of the research and senior vice president of technology at PragmatIC, which designs and produces the flexible chips with Arm. While the materials are new, the idea is to borrow as much as possible from the production process for silicon chips. That way, it’s easier to produce the chips en masse and hold down costs. Ramsdale says these chips might cost about one-tenth as much as comparable silicon chips, because of the cheap plastic and reduced equipment needs. It’s, yes, a “pragmatic” way of going about things, she says.

Eric Pop, an electrical engineer at Stanford University who wasn’t involved with the research, says he’s impressed with the complexity of the chip and the sheer number of transistors it contains. “This pushes the technology forward,” he says. But pragmatism has limits. The clearest one is how much energy the device uses. The chip consumes 21 milliwatts of power, but only 1 percent of that goes toward performing computations; the rest is wasted as the chip sits idle. That could be produced by a solar cell smaller than a postage stamp outdoors, he explains—in other words, it’s not much—but it’s not a great starting point for efficiency as flexible chips become more complex. “What are you going to do, hook yourself up to a giant battery?” Pop asks.

Myers says the plan for these small chips is to use wireless charging with technology similar to what’s used to pay with a smartphone. But he acknowledges that the chip needs to be more energy-efficient—and he believes it can be, up to a point. The current design can be made smaller, more efficient, perhaps enough to scale to 100,000 gates, he says. But that’s likely the limit. The reason is its rather simple design. Transistors come in two flavors, called “n” and “p.” They complement each other. One turns on when a voltage is supplied and off when it isn’t; the other type does the opposite. “You really want to have both of them,” Pop says. One reason the Arm chip leaks so much energy is that it has only the n type. P-type transistors are more difficult to engineer using the materials Arm and PragmatIC have chosen.

One option for scaling would be to turn to other flexible materials, such as carbon nanotubes, for which it’s easier to manufacture both types. Another option, which Pop’s lab is investigating, is reducing the size and power demands of the transistors by using two-dimensional materials that are made on a rigid substrate and then transferred to a flexible material. The trade-off in both cases is likely to be higher manufacturing costs.

Subhasish Mitra, a computer scientist at Stanford who led the first demonstration of a carbon nanotube computer in 2013, says that while Arm’s design does not appear to demonstrate any theoretical breakthroughs, the researchers appear to have produced a device that’s relatively easy to manufacture and usable for practical applications. “Time will tell how application developers will make use of this,” Mitra says. “I think that’s what the exciting part of this is.”

Which flexible materials ultimately make sense will depend on how a chip needs to be used, Pop explains. Silicon, for example, wasn’t always destined to be at the heart of our devices. For a time, scientists thought that would be germanium—an element that’s a superior semiconductor to silicon. But it isn’t called “Germanium Valley.” Silicon turned out to be easier to obtain and, in some respects, easier to engineer. Cheap, flexible chips are at their own early stage. Will we want the recyclability of paper-based electronics? The potential power and scale of carbon nanotubes? Or maybe we’ll just need the practicality of plastic.

Perhaps a Moore’s law for plastic chips is unlikely. “We’re not looking for markets where silicon is doing the job brilliantly,” Ramsdale says. The company is looking mostly at uses where “silicon is effectively overengineered.” In silicon, the exponential growth in scale and power has been driven by demand for more powerful devices. Is that the case for a computer chip in a milk carton? Perhaps a return to the 1980s is good enough.

Các câu hỏi thường gặp

Tại sao vi mạch nhựa lại được ưa chuộng hơn vi mạch silic hiện đại?

Vi mạch nhựa được ưa chuộng vì tính linh hoạt và khả năng chịu đựng tác động tốt hơn so với vi mạch silic. Chúng có thể di chuyển cùng người sử dụng mà không bị vỡ, làm cho chúng phù hợp cho nhiều ứng dụng như giám sát sức khỏe.

Vi mạch nhựa có thể chứa bao nhiêu transistor tối đa?

Vi mạch nhựa hiện tại có khả năng chứa hàng ngàn transistor, cho phép thực hiện nhiều chức năng phức tạp tương tự như vi mạch silic. Điều này giúp tăng cường hiệu suất mà không làm tăng kích thước.

Sự phát triển nào đang diễn ra trong công nghệ vi mạch nhựa?

Công nghệ vi mạch nhựa đang phát triển mạnh mẽ với việc thiết kế các transistor mỏng hơn và linh hoạt hơn. Điều này cho phép tạo ra các ứng dụng mới, từ cảm biến đến thiết bị y tế mà vẫn tiết kiệm chi phí.

Vi mạch nhựa có thể sử dụng nguồn năng lượng nào?

Vi mạch nhựa có thể sử dụng nguồn năng lượng từ việc sạc không dây, tương tự như công nghệ thanh toán qua smartphone. Điều này giúp giảm thiểu kích thước pin và tăng tính di động cho thiết bị.

Có những thách thức nào khi sản xuất vi mạch nhựa?

Sản xuất vi mạch nhựa gặp phải nhiều thách thức như độ chính xác thấp hơn so với silic và tiêu thụ năng lượng cao. Các kỹ sư cần tìm ra giải pháp để cải thiện hiệu suất và giảm chi phí sản xuất.

Nội dung từ Mytour nhằm chăm sóc khách hàng và khuyến khích du lịch, chúng tôi không chịu trách nhiệm và không áp dụng cho mục đích khác.

Nếu bài viết sai sót hoặc không phù hợp, vui lòng liên hệ qua Zalo: 0978812412 hoặc Email: [email protected]