Wetenschappers onthullen FD-SOI-chips met ultralaag vermogen die de efficiëntie van AI-apparaten verbeteren

Elektronica en sensoren INSIDER

Professor Massimo Alioto, directeur van het gezamenlijke laboratorium FD-fAbrICS, spreekt met deelnemers uit de industrie en de onderzoeksgemeenschap om de nieuwste ontwikkelingen in FD-SOI-technologieën te delen tijdens een industriële showcase op 3 mei. (Afbeelding:gezamenlijk laboratorium FD-fAbrICS)

Onderzoekers van NUS hebben samen met industriële partners Soitec en NXP Semiconductors een nieuwe klasse siliciumsystemen gedemonstreerd die beloven de energie-efficiëntie van met AI verbonden apparaten met grote sprongen te zullen verbeteren. Deze technologische doorbraken zullen de capaciteiten van de halfgeleiderindustrie in Singapore en daarbuiten aanzienlijk vergroten.

Deze innovatie is gedemonstreerd in volledig uitgeputte silicium-op-isolator-technologie (FD-SOI) en kan worden toegepast op het ontwerp en de fabricage van geavanceerde halfgeleidercomponenten voor AI-toepassingen. De nieuwe chiptechnologie heeft het potentieel om de levensduur van de batterij van wearables en slimme objecten met een factor 10 te verlengen, intensieve rekenwerklasten voor gebruik in Internet of Things-toepassingen te ondersteunen en het energieverbruik dat gepaard gaat met draadloze communicatie met de cloud te halveren.

De nieuwe reeks disruptieve chiptechnologieën zal worden gepromoot via het FD-SOI &IoT Industry Consortium om de acceptatie door de industrie te versnellen door de ontwerpbarrière voor toegang tot FD-SOI-chips te verlagen. Op 3 mei 2024 werd een industriële workshop gehouden met de titel 'Energie-efficiënte FD-SOI-systemen van de volgende generatie', waar deelnemers uit de industrie en de onderzoeksgemeenschap de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van FD-SOI-technologieën konden delen en bespreken en de nieuwe mogelijkheden konden demonstreren met ultramoderne demonstraties.

"IoT-apparaten werken vaak met een zeer beperkt energiebudget en vereisen daarom een extreem laag gemiddeld vermogen om reguliere taken zoals fysieke signaalmonitoring efficiënt uit te voeren. Tegelijkertijd zijn hoge piekprestaties vereist om incidentele signaalgebeurtenissen te verwerken met rekenintensieve AI-algoritmen. Ons onderzoek stelt ons op unieke wijze in staat om tegelijkertijd het gemiddelde vermogen te verminderen en de piekprestaties te verbeteren", zegt professor Massimo Alioto, van de afdeling Electrical and Computer Engineering van het NUS College of Design and Engineering en directeur van de FD-fAbrICS (FD-SOI). Always-on Intelligent &Connected Systems) gezamenlijk laboratorium, waar de nieuwe reeks technologieën werd ontwikkeld.

"De toepassingen zijn breed en omvatten slimme steden, slimme gebouwen, Industrie 4.0, wearables en slimme logistiek. De opmerkelijke energieverbeteringen die zijn verkregen in het FD-fAbrICS-programma zijn een game changer op het gebied van op batterijen werkende AI-apparaten, omdat ze ons uiteindelijk in staat stellen om intelligentie van conventionele cloud naar slimme geminiaturiseerde apparaten te verplaatsen", zegt prof. Alioto, die ook leiding geeft aan de Green IC-groep (www.green-ic.org) van het Department of Electrical and Computer Engineering.

Onderzoek uitgevoerd door het gezamenlijke laboratorium NUS FD-fAbrICS heeft aangetoond dat hun FD-SOI-chiptechnologie op schaal kan worden ingezet met verbeterde ontwerp- en systeemintegratieproductiviteit voor lagere kosten, sneller marktbereik en snelle acceptatie door de industrie.

“Deze innovatie heeft het potentieel om de time-to-market voor belangrijke spelers in het halfgeleider-ecosysteem van Singapore te versnellen”, aldus prof. Alioto. "We hopen de adoptie en inzet van onze ontwerptechnologieën op schaal te vergemakkelijken via het FD-SOI &IoT Industry Consortium. Dit is een belangrijke bijdrage aan de AI- en halfgeleiderindustrie in Singapore, omdat het een concurrentievoordeel mogelijk maakt en tegelijkertijd de totale ontwikkelingskosten van FD-SOI-systemen verlaagt."

De onderzoeksdoorbraken van het gezamenlijke laboratorium NUS FD-fAbrICS maken gebruik van 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). Marktleiders zoals Soitec, NXP en Dolphin Design hebben bijgedragen aan de onderzoeksinspanningen in het gezamenlijke laboratorium, die ook worden ondersteund door het Agentschap voor Wetenschap, Technologie en Onderzoek.

Het NUS-onderzoeksteam onderzoekt nu de ontwikkeling van nieuwe klassen van intelligente en verbonden siliciumsystemen die grotere AI-modelgroottes (grote modellen) zouden kunnen ondersteunen voor generatieve AI-toepassingen. De resulterende decentralisatie van AI-berekeningen van de cloud naar gedistribueerde apparaten zal tegelijkertijd de privacy behouden, de latentie tot een minimum beperken en een stortvloed aan draadloze gegevens vermijden onder de gelijktijdige aanwezigheid van een overvloed aan apparaten.

De industriële workshop, die zich verdiepte in de baanbrekende ontwikkelingen en toepassingen van FD-SOI-technologie, had tot doel een omgeving van kennisuitwisseling te bevorderen en samenwerkingen binnen en tussen de FD-SOI-onderzoeksgemeenschap en de halfgeleiderindustrie in Singapore te katalyseren, waarbij wordt gewerkt aan intelligente en verbonden siliciumsystemen.

Een ander doel van de workshop was om een snelle adoptie van FD-SOI te vergemakkelijken en de ontwerpdrempel voor deelname te verlagen, door de onderzoeksresultaten van het gezamenlijke laboratorium FD-fAbrICS te delen. Sprekers van Soitec, GlobalFoundries, NXP en het NUS FD-fAbrICS-onderzoeksteam deelden hun perspectieven op de huidige ontwikkeling van gerelateerde technologieën – bijvoorbeeld op het gebied van productie en microchipontwerp – en toekomstige disruptieve technologieën voor de volgende generatie AI-systemen met ultralaag vermogen.

Het FD-SOI &IoT Consortium werd opgericht om de impact van het NUS FD-fAbrICS gezamenlijke laboratorium op het halfgeleiderecosysteem in Singapore te vergroten. Soitec en NXP zijn stichtende leden van het Consortium.

Consortiumleden zullen toegang hebben tot innovatieve FD-SOI-ontwerp-IP en -methodologieën, die zullen helpen hun prototyping- en ontwikkelingscyclus van de volgende generatie te versnellen met zeer energie-efficiënte processen, vooral op het snelgroeiende gebied van AI-gekoppelde chips.

Het FD-SOI &IoT Consortium zal de kortetermijnbehoeften van de industrie aan snelle technologische roadmaps en versnelde innovatiecycli ondersteunen. Tegelijkertijd zullen, om duurzame schaalbaarheid en differentiatie onder de Consortiumleden op de langere termijn te garanderen, de technologieën die in synergie met de FD-fAbrICS-industriepartners zijn ontwikkeld, verder worden uitgebreid door enkele Consortiumleden.

Bron