Sökes för Internet of Things: Datorer i myrstorlek

Om internet ska nå överallt – från pillren du sväljer till skorna på fötterna – måste datorerna bli mycket mindre. Ett nytt mikrochip som är två millimeter i kvadrat och innehåller nästan alla komponenter i en liten fungerande dator är en lovande början.

Mini dator: Den lilla mikrokontrollern KL02, gjord av Freescale, skapades för att möjliggöra sväljbara trådlösa datorer och innehåller en energieffektiv processor, minne och RAM.

De KL02 chip , tillverkad av Freescale , är kortare på varje sida än de flesta myror är långa och proppar i minne, RAM, en processor och mer. Uppkomsten av chipet var en kund som bad om hjälp att skapa en trådlös enhet liten nog att lätt sväljas och tillräckligt billig för att anses smältbar. Freescale erbjuder nu chippet för allmän försäljning och inleder också en FoU-framgång för att skapa fler små datorer som även inkluderar sensorer och trådlösa dataanslutningar.

Sakernas internet handlar i slutändan om tjänster, som att din termostat ansluter till internet och vet när du kommer hem, säger Kaivan Karimi, chef för global strategi för mikrokontroller på Freescale, men tekniken som dessa [tjänster] är baserade på är inbäddad. bearbetning och sensorer.

Om anslutna sensorer ska spridas över hela världen runt oss måste de teknologierna krympa i storlek, strömförbrukning och pris, säger Karimi. Freescale satsar på att ett av de bästa sätten att göra det är att integrera komponenter som processorer, minne, sensorer, radioapparater och antenner i ett enda kretskort som vanligtvis är placerade över ett kretskort.

Freescale kommer att börja erbjuda KL02, och några lite större mikrokontroller, med Zigbee eller trådlös Bluetooth med låg effekt integrerad senare i år. Trådlös anslutning läggs till genom att lägga till ett radiochips magkänsla till de nuvarande designerna. Företaget arbetar också med att förfina tekniken för att förpacka chips och andra komponenter tillsammans för att möjliggöra många fler millimeterskala datorer.

Alla dessa heterogena saker måste gå ihop och integreras, säger Karimi, men vi måste ta reda på hur de här komponenterna kan samexistera utan att försämra deras prestanda.

Att föra sensorer och andra komponenter nära varandra skapar utmaningar eftersom de producerar var sin typ av elektroniskt brus som kan störa andra komponenters funktion. Det är ett område inom chipteknik som plötsligt är viktigare än processorkraft, säger Karimi. Det är en förpackningsövning, inte ett Moores lag-problem, och den ultimata miniatyriserade versionen kräver olika typer av förpackningsteknik än vad vi har använt tidigare.

En utmaning i att designa kompakta chips är att flashminne, den typ som finns i smartphones, skapar störningar för radiochips. I chips som är för små för att undvika problemet, designar Freescales ingenjörer små Faraday-burar runt minnet för att stänga in detta elektroniska brus.

Freescale satsar på att en teknik som kallas redistributive chip packaging (RCP), till stor del utvecklad internt, kommer att göra det möjligt att övervinna liknande problem. Den har använts i några år i försvarssystem som behövde mycket kompakt elektronik som tål extrem värme och tryck. Det är ingen futuristisk teknik, eftersom delar av den har funnits i mycket specifika tillämpningar, säger Karimi. Det tillåter paket med en mycket liten yta, och vi kommer att se denna teknik migrera till konsument-, industri- och bilbruk.

RCP gör det också möjligt att stapla upp komponenter och chips; en möjlighet som undersöks är att använda processen för att integrera antenner, såväl som radiokretsar, i chips.

Sådana wafer-skala förpackningar närmar sig 'smarta damm' designpunkter, säger Prabal Dutta , en biträdande professor vid University of Michigan, med hänvisning till idén att mycket billiga, små sensorer så småningom skulle kunna spridas som damm för att samla in data.

Dutta påpekar dock att förpackning ensam inte kan lösa alla problem med att göra små, multifunktionella datorer, och säger att det kommer att behövas arbete på komponenterna som packas ihop. Alla systemkomponenter – avkänning, beräkning, trådlös kommunikation, datalagring och strömkonvertering, kommer att behöva noggrann uppmärksamhet, säger Dutta, med strömförbrukning en särskild utmaning. När längden på en [miniatyrdator] krymper, sjunker dess volym kubiskt, vilket betyder att batterikapaciteten sjunker snabbt, påpekar han - ett problem som Dutta möter i sitt projekt som designar radioutrustade sensorer som bara är en kubikmillimeter stora.

Karimi håller med om att batterier är ett problem och säger att Freescale samarbetar med partners som utvecklar komponenter för energiskörd – av värme, radiovågor eller ljus – som kan driva mycket små enheter.

Freescale är inte det enda chipföretaget som ser potentiell vinst i att leverera chip till en ny våg av sensorer och andra små datorer som matar data till Internet. Företagets KL02-chip är baserat på en design tillkännagav av ARM förra året som världens mest energieffektiva mikroprocessor, som andra företag också licensierar. Men, säger Karimi, RCP-förpackningstekniken som är avgörande för Freescales ambitioner skyddas av patent.

Uppdaterad 2013-05-29
Den ursprungliga versionen av denna artikel angav att Freescale skulle lägga till Wi-Fi till sina kompakta chips senare i år. Faktum är att andra trådlösa tekniker som använder samma frekvensband men med lägre strömförbrukning ska läggas till.

Dölj