Wissenschaftler präsentieren ultra-niedrigenergetische FD-SOI-Chips für effizientere KI-Geräte

Electronics & Sensors INSIDER

Professor Massimo Alioto, Direktor des FD-fAbrICS Joint Lab, spricht zu Teilnehmern aus Industrie und Forschung über die neuesten Entwicklungen in FD-SOI-Technologien bei einer Branchenschau am 3. Mai. (Bild: FD-fAbrICS Joint Lab)

Durchbruch: FD-SOI-Technologie für KI-IoT-Geräte

Forscher der NUS, zusammen mit Industriepartnern Soitec und NXP Semiconductors, haben eine neue Klasse von Siliziumsystemen demonstriert, die verspricht, die Energieeffizienz von KI-vernetzten Geräten sprunghaft zu steigern. Diese technologischen Durchbrüche werden die Fähigkeiten der Halbleiterindustrie in Singapur und darüber hinaus signifikant voranbringen.

Diese Innovation wurde in Fully-Depleted Silicon-On-Insulator (FD-SOI) Technologie demonstriert und kann auf das Design und die Fertigung fortschrittlicher Halbleiterkomponenten für KI-Anwendungen angewendet werden. Die neue Chipttechnologie hat das Potenzial, die Batterielebensdauer von Wearables und Smart Objects um den Faktor 10 zu verlängern, intensive Computeworkloads für Internet-of-Things-Anwendungen zu unterstützen und den Stromverbrauch für drahtlose Kommunikation mit der Cloud zu halbieren.

FD-SOI & IoT Industry Consortium: Beschleunigung der Adoption

Die neue Suite disruptiver Chipttechnologien wird durch das FD-SOI & IoT Industry Consortium gefördert, um die Industrieadoption zu beschleunigen, indem die Design-Hürde für FD-SOI-Chips gesenkt wird. Ein Industrie-Workshop mit dem Titel „Next-gen energy-efficient FD-SOI systems“ fand am 3. Mai 2024 statt, bei dem Teilnehmer aus Industrie und Forschung die neuesten Entwicklungen in FD-SOI-Technologien teilten und diskutierten und die neuen Fähigkeiten mit State-of-the-Art-Demonstrationen vorführten.

„IoT-Geräte operieren oft mit einem sehr begrenzten Energiebudget und benötigen daher extrem niedrigen Durchschnittsstrom, um regelmäßige Aufgaben wie physikalische Signalüberwachung effizient auszuführen. Gleichzeitig wird hohe Spitzenleistung gefordert, um gelegentliche Signalevents mit rechenintensiven KI-Algorithmen zu verarbeiten. Unsere Forschung ermöglicht es uns einzigartig, gleichzeitig den Durchschnittsstrom zu reduzieren und die Spitzenleistung zu verbessern“, sagte Professor Massimo Alioto vom NUS College of Design and Engineering, Department of Electrical and Computer Engineering und Direktor des FD-fAbrICS (FD-SOI Always-on Intelligent & Connected Systems) Joint Lab, wo die neue Technologie-Suite entwickelt wurde.

„Die Anwendungen sind breit gefächert und umfassen Smart Cities, Smart Buildings, Industrie 4.0, Wearables und Smart Logistics. Die bemerkenswerten Energieverbesserungen im FD-fAbrICS-Programm sind ein Gamechanger im Bereich batteriebetriebener KI-Geräte, da sie es uns letztendlich erlauben, Intelligenz von der konventionellen Cloud zu intelligenten miniaturisierten Geräten zu verlagern“, sagte Prof. Alioto, der auch die Green IC Group (www.green-ic.org) am Department of Electrical and Computer Engineering leitet.

Skalierbarkeit und Time-to-Market

Forschung des NUS FD-fAbrICS Joint Lab zeigte, dass ihre FD-SOI-Chipttechnologie im großen Maßstab mit verbesserter Design- und Systemintegrationsproduktivität für niedrigere Kosten, schnellere Marktreife und schnelle Industrieadoption eingesetzt werden kann.

„Diese Innovation hat das Potenzial, die Time-to-Market für Schlüsselakteure in Singapurs Halbleiter-Ökosystem zu beschleunigen“, sagte Prof. Alioto. „Wir hoffen, die Adoption und Bereitstellung unserer Designtechnologien im großen Maßstab durch das FD-SOI & IoT Industry Consortium zu erleichtern. Dies ist ein signifikanter Beitrag zur KI- und Halbleiterindustrie in Singapur, da es einen Wettbewerbsvorteil ermöglicht, während die Gesamtentwicklungskosten von FD-SOI-Systemen reduziert werden.“

Interdisziplinäre Zusammenarbeit und Industriepartner

Die Forschungsdurchbrüche vom NUS FD-fAbrICS Joint Lab nutzen die kombinierte NUS-Expertise und -Fähigkeiten aus verschiedenen Domänen: digitale Schaltungen (Prof. Massimo Alioto), drahtlose Kommunikation (Assoc. Prof. Heng Chun Huat), Systemarchitekturen (Asst. Prof. Trevor Carlson) und KI-Modelle (Prof. Li Haizhou). Industriegrößen wie Soitec, NXP und Dolphin Design trugen zu den Forschungsbemühungen im Joint Lab bei, die auch von der Agency for Science, Technology and Research unterstützt werden.

Zukunft: Generative KI auf dezentralen Geräten

Das NUS-Forschungsteam schaut nun in die Entwicklung neuer Klassen intelligenter und vernetzter Siliziumsysteme, die größere KI-Modellgrößen (Large Models) für generative KI-Anwendungen unterstützen könnten. Die resultierende Dezentralisierung der KI-Berechnung von der Cloud zu verteilten Geräten wird gleichzeitig Privatsphäre bewahren, Latenz minimal halten und drahtlose Datenflut unter der gleichzeitigen Präsenz einer Vielzahl von Geräten vermeiden.

Der Industrie-Workshop, der in die hochmodernen Fortschritte und Anwendungen der FD-SOI-Technologie eintauchte, zielte darauf ab, eine Umgebung des Wissensaustauschs zu fördern sowie Kollaborationen innerhalb und zwischen der FD-SOI-Forschungsgemeinschaft und der Halbleiterindustrie in Singapur, die an intelligenten und vernetzten Siliziumsystemen arbeitet, zu katalysieren.

Ein weiteres Ziel des Workshops war es, die rasche FD-SOI-Adoption zu erleichtern und die Design-Hürde zu senken, indem Forschungsergebnisse aus dem FD-fAbrICS Joint Lab geteilt wurden. Sprecher von Soitec, GlobalFoundries, NXP und dem NUS FD-fAbrICS Forschungsteam teilten ihre Perspektiven auf die aktuelle Entwicklung verwandter Technologien – beispielsweise in Fertigung und Mikrochip-Design – und zukünftige disruptive Technologien für nächste Generation ultra-niedrigenergetischer KI-Systeme.

FD-SOI & IoT Consortium: Ökosystem in Singapur

Das FD-SOI & IoT Consortium wurde gegründet, um die Wirkung des NUS FD-fAbrICS Joint Lab auf das Halbleiter-Ökosystem in Singapur zu erweitern. Soitec und NXP sind Gründungsmitglieder des Consortiums.

Konsortiumsmitglieder erhalten Zugang zu innovativem FD-SOI Design IP und Methodologien, die helfen, ihre nächste Generation Prototyping- und Entwicklungszyklen mit hochenergieeffizienten Prozessen zu beschleunigen – besonders im schnell wachsenden Bereich KI-vernetzter Chips.

Das FD-SOI & IoT Consortium wird die kurzfristigen Bedürfnisse der Industrie für schnelle Technologie-Roadmapping und beschleunigte Innovationszyklen unterstützen. Gleichzeitig, um langfristig nachhaltige Skalierbarkeit und Differenzierung unter den Konsortiumsmitgliedern zu gewährleisten, werden die in Synergie mit den FD-fAbrICS Industriepartnern entwickelten Technologien von einigen Konsortiumsmitgliedern weiter ausgebaut.

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