Ricercati per l'Internet delle cose: computer di dimensioni ridotte

Se Internet deve arrivare ovunque, dalle pillole che ingerisci alle scarpe ai piedi, i computer dovranno diventare molto più piccoli. Un nuovo microchip di due millimetri quadrati e contenente quasi tutti i componenti di un minuscolo computer funzionante è un inizio promettente.

Mini computer: Il minuscolo microcontrollore KL02, realizzato da Freescale, è stato creato per consentire computer wireless deglutibili e contiene un processore, una memoria e una RAM ad alta efficienza energetica.

Il Chip KL02 , fatto da Scala libera , è più corto su ciascun lato di quanto la maggior parte delle formiche sia lunga e stipa memoria, RAM, un processore e altro ancora. La genesi del chip è stata un cliente che ha chiesto aiuto per creare un dispositivo wireless abbastanza piccolo da essere facilmente ingerito e abbastanza economico da essere considerato digeribile. Freescale ora offre il chip per la vendita generale e sta anche avviando una spinta di ricerca e sviluppo per creare computer più piccoli che includano anche sensori e connessioni dati wireless.

L'Internet delle cose in definitiva riguarda i servizi, come il termostato che si connette a Internet e sa quando torni a casa, afferma Kaivan Karimi, direttore della strategia globale per i microcontrollori di Freescale, ma la tecnologia su cui si basano questi [servizi] è incorporata elaborazione e sensori.

Se i sensori connessi devono essere diffusi in tutto il mondo intorno a noi, tali tecnologie devono ridursi in termini di dimensioni, consumo energetico e prezzo, afferma Karimi. Freescale sta scommettendo che uno dei modi migliori per farlo è integrare, in un singolo chip, componenti come processori, memoria, sensori, radio e antenne che normalmente verrebbero disposti su un circuito.

Freescale inizierà a offrire il KL02 e alcuni microcontrollori leggermente più grandi, con Zigbee o wireless Bluetooth a bassa potenza integrati entro la fine dell'anno. La connettività wireless viene aggiunta aggiungendo le viscere di un chip radio ai progetti attuali. L'azienda sta anche lavorando per perfezionare la tecnologia per l'imballaggio di chip e altri componenti insieme per consentire molti più computer su scala millimetrica.

Tutte queste cose eterogenee devono unirsi ed essere integrate, dice Karimi, ma dobbiamo capire come questi componenti possono coesistere senza degradare le loro prestazioni.

Avvicinare sensori e altri componenti crea sfide perché ciascuno di essi produce il proprio tipo di rumore elettronico che può interferire con il funzionamento di altri componenti. È un'area dell'ingegneria dei chip che diventa improvvisamente più importante della potenza di elaborazione, afferma Karimi. È un esercizio di imballaggio, non un problema della legge di Moore, e la versione miniaturizzata definitiva richiede diversi tipi di tecnologia di imballaggio rispetto a quella che abbiamo usato in passato.

Una sfida nella progettazione di chip compatti è che la memoria flash, del tipo che si trova negli smartphone, crea interferenze per i chip radio. In chip troppo piccoli per evitare il problema, gli ingegneri di Freescale progettano minuscole gabbie di Faraday attorno alla memoria per chiudere questo rumore elettronico.

Freescale scommette che una tecnologia chiamata redistributive chip packaging (RCP), ampiamente sviluppata internamente, consentirà di superare problemi simili. È stato utilizzato per alcuni anni nei sistemi di difesa che necessitavano di un'elettronica molto compatta in grado di resistere a temperature e pressioni estreme. Non è una tecnologia futuristica, perché parti di essa sono state utilizzate in applicazioni molto specifiche, afferma Karimi. Consente pacchetti con un'area di ingombro molto ridotta e vedremo questa tecnologia migrare verso gli usi consumer, industriali e automobilistici.

RCP consente inoltre di impilare componenti e chip; una possibilità che si sta esplorando è l'utilizzo del processo per integrare le antenne, così come i circuiti radio, nei chip.

Tali imballaggi in scala di wafer si stanno avvicinando ai punti di progettazione della 'polvere intelligente', afferma Prabal Dutta , un assistente professore presso l'Università del Michigan, riferendosi all'idea che sensori minuscoli e molto economici potrebbero alla fine essere sparsi come polvere per raccogliere dati.

Tuttavia, Dutta sottolinea che l'imballaggio da solo non può risolvere tutti i problemi legati alla realizzazione di computer minuscoli e multifunzionali e afferma che sarà necessario lavorare sui componenti da imballare insieme. Tutti i componenti del sistema, rilevamento, elaborazione, comunicazioni wireless, archiviazione dei dati e conversione dell'alimentazione, richiederanno un'attenta attenzione, afferma Dutta, con il consumo di energia una sfida particolare. Man mano che la lunghezza di un [computer in miniatura] si riduce, il suo volume diminuisce in modo cubico, il che significa che la capacità della batteria diminuisce rapidamente, sottolinea, un problema che Dutta deve affrontare nel suo progetto di progettazione di sensori dotati di radio solo un millimetro cubo.

Karimi concorda sul fatto che le batterie siano un problema, affermando che Freescale sta lavorando con partner per lo sviluppo di componenti per la raccolta di energia (calore, onde radio o luce) che potrebbero alimentare dispositivi molto piccoli.

Freescale non è l'unica azienda di chip che vede un potenziale profitto nella fornitura di chip per una nuova ondata di sensori e altri piccoli computer che inviano dati a Internet. Il chip KL02 dell'azienda si basa su un design annunciato da ARM l'anno scorso come il microprocessore più efficiente dal punto di vista energetico al mondo, concesso in licenza anche da altre aziende. Tuttavia, afferma Karimi, la tecnologia di confezionamento RCP, cruciale per le ambizioni di Freescale, è protetta da brevetti.

Aggiornato il 29/05/2013
La versione originale di questo articolo affermava che Freescale avrebbe aggiunto il Wi-Fi ai suoi chip compatti entro la fine dell'anno. Vanno infatti aggiunte altre tecnologie wireless che utilizzano la stessa banda di frequenza ma con consumi energetici inferiori.

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