Wetenschappers onthullen ultra-laag-vermogen FD-SOI chips die AI-apparaat efficiëntie verbeteren

Electronics & Sensors INSIDER

Professor Massimo Alioto, Directeur van het FD-fAbrICS gezamenlijke lab, spreekt tot deelnemers uit de industrie en onderzoeksgemeenschap om de recentste ontwikkelingen in FD-SOI technologieën te delen op een industry showcase gehouden op 3 mei. (Afbeelding: FD-fAbrICS gezamenlijk lab)

Onderzoekers van NUS, samen met industriepartners Soitec en NXP Semiconductors, hebben een nieuwe klasse siliciumsystemen gedemonstreerd die beloven de energie-efficiëntie van AI-verbonden apparaten met sprongen te verbeteren. Deze technologische doorbraken zullen de mogelijkheden van de semiconductorindustrie in Singapore en daarbuiten significant verbeteren.

Deze innovatie is gedemonstreerd in fully-depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) technologie en kan toegepast worden op het ontwerp en de fabricage van geavanceerde semiconductorcomponenten voor AI-toepassingen. De nieuwe chiptechnologie heeft het potentieel om de batterijlevensduur van wearables en slimme objecten met een factor 10 te verlengen, intense computationele workloads te ondersteunen voor gebruik in Internet of Things toepassingen, en het energieverbruik geassocieerd met draadloze communicatie met de cloud te halveren.

De nieuwe suite van disruptieve chiptechnologieën zal gepromoot worden via het FD-SOI & IoT Industry Consortium om de industrie-adoptie te versnellen door de ontwerpbarrière voor toetreding tot FD-SOI chips te verlagen. Een industry workshop getiteld "Next-gen energy-efficient FD-SOI systems" werd gehouden op 3 mei 2024 voor deelnemers uit de industrie en onderzoeksgemeenschap om de recentste ontwikkelingen in FD-SOI technologieën te delen en discussiëren en de nieuwe mogelijkheden te demonstreren met state-of-the-art demonstraties.

"IoT-apparaten opereren vaak op een heel beperkt energiebudget, en vereisen daarom extreem laag gemiddeld vermogen om efficiënt reguliere taken zoals fysieke signaalmonitoring uit te voeren. Tegelijkertijd wordt hoge piekprestatie gevraagd om occasionele signaalgebeurtenissen te verwerken met computationeel intensieve AI-algoritmen. Ons onderzoek stelt ons uniek in staat om tegelijkertijd het gemiddelde vermogen te verlagen en de piekprestatie te verbeteren," zei Professor Massimo Alioto, van de NUS College of Design and Engineering's Department of Electrical and Computer Engineering en Directeur van het FD-fAbrICS (FD-SOI Always-on Intelligent & Connected Systems) gezamenlijke lab, waar de nieuwe suite van technologieën geëngineerd werd.

"De toepassingen zijn wijdverspreid en omvatten slimme steden, slimme gebouwen, Industrie 4.0, wearables, en slimme logistiek. De opmerkelijke energieverbeteringen verkregen in het FD-fAbrICS programma zijn een game changer in het gebied van batterij-aangedreven AI-apparaten, aangezien ze ons uiteindelijk in staat stellen om intelligentie van conventionele cloud naar slimme geminimaliseerde apparaten te verplaatsen," zei Prof Alioto, die ook het Green IC groep (www.green-ic.org) aan de Department of Electrical and Computer Engineering leidt.

Onderzoek uitgevoerd door het NUS FD-fAbrICS gezamenlijke lab toonde aan dat hun FD-SOI chiptechnologie op schaal geïmplementeerd kan worden met verbeterde ontwerp- en systeemintegratieproductiviteit voor lagere kosten, snellere markttoegang, en snelle industrie-adoptie.

"Deze innovatie heeft het potentieel om de time-to-market te versnellen voor sleutelspelers in Singapore's semiconductor-ecosysteem," zei Prof Alioto. "We hopen de adoptie en implementatie van onze ontwerptechnologieën op schaal te faciliteren via het FD-SOI & IoT Industry Consortium. Dit is een significante bijdrage aan de AI en semiconductorindustrie in Singapore, aangezien het een competitief voordeel mogelijk maakt terwijl de algehele ontwikkelingskosten van FD-SOI systemen worden gereduceerd."

De onderzoeksdorbraken van het NUS FD-fAbrICS gezamenlijke lab benutten de gecombineerde NUS-expertise en mogelijkheden uit verschillende domeinen, zoals digitale circuits (Prof Massimo Alioto), draadloze communicatie (Assoc Prof Heng Chun Huat), systeemarchitecturen (Asst Prof Trevor Carlson), en AI-modellen (Prof Li Haizhou). Industriële leiders zoals Soitec, NXP, en Dolphin Design hebben bijgedragen aan de onderzoeksinspanningen in het gezamenlijke lab, die ook ondersteund worden door de Agency for Science, Technology and Research.

Het NUS-onderzoeksteam kijkt nu naar het ontwikkelen van nieuwe klassen intelligente en verbonden siliciumsystemen die grotere AI-modelformaten (large models) voor generatieve AI-toepassingen kunnen ondersteunen. De resulterende decentralisatie van AI-berekening van cloud naar gedistribueerde apparaten zal gelijktijdig privacy bewaren, latentie op een minimum houden, en draadloze data-overstroming vermijden onder de gelijktijdige aanwezigheid van een overvloed aan apparaten.

De industry workshop, die dieper inging op de cutting-edge vooruitgang en toepassingen van FD-SOI technologie, had als doel een omgeving van kennisdeling te bevorderen alsook samenwerkingen te katalyseren binnen, en tussen, de FD-SOI onderzoekscommunity en de semiconductorindustrie in Singapore die werkt aan intelligente en verbonden siliciumsystemen.

Een ander doel van de workshop was om snelle FD-SOI adoptie te faciliteren en de ontwerpbarrière tot toetreding te verlagen, door de onderzoeksresultaten van het FD-fAbrICS gezamenlijke lab te delen. Sprekers van Soitec, GlobalFoundries, NXP, en het NUS FD-fAbrICS onderzoeksteam deelden hun perspectieven op de huidige ontwikkeling van gerelateerde technologieën — bijvoorbeeld in fabricage en microchipontwerp — en toekomstige disruptieve technologieën voor next-generation ultra-laag-vermogen AI-systemen.

Het FD-SOI & IoT Consortium werd opgericht om de impact van het NUS FD-fAbrICS gezamenlijke lab op het semiconductor-ecosysteem in Singapore uit te breiden. Soitec en NXP zijn oprichtende leden van het Consortium.

Consortiumleden zullen toegang hebben tot innovatieve FD-SOI ontwerp IP en methodologieën, wat helpt om hun next-generation prototyping en ontwikkelcyclus te versnellen met uiterst energie-efficiënte processen, met name in het snel groeiende gebied van AI-verbonden chips.

Het FD-SOI & IoT Consortium zal de nabije-termijn behoeften van de industrie ondersteunen voor snelle technologie-roadmapping en versnelde innovatiecycli. Tegelijkertijd, om gegarandeerde schaalbaarheid en differentiatie over de Consortiumleden in de langere termijn te waarborgen, zullen de technologieën ontwikkeld in synergie met de FD-fAbrICS industriepartners verder uitgebreid worden door enkele van de Consortiumleden.

Bron