Puces FD-SOI ultra-basse consommation : efficacité IA décuplée pour objets connectés

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Le Professeur Massimo Alioto, Directeur du laboratoire commun FD-fAbrICS, s'adressant aux participants de l'industrie et de la recherche pour partager les derniers développements en technologies FD-SOI lors d'une vitrine industrielle le 3 mai. (Image : laboratoire commun FD-fAbrICS)

Des chercheurs de NUS, avec des partenaires industriels Soitec et NXP Semiconductors, ont démontré une nouvelle classe de systèmes silicium qui promet d'améliorer l'efficacité énergétique des appareils IA connectés de manière spectaculaire. Ces percées technologiques feront avancer significativement les capacités de l'industrie des semi-conducteurs à Singapour et au-delà.

Cette innovation a été démontrée dans la technologie fully-depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) et peut être appliquée à la conception et fabrication de composants semi-conducteurs avancés pour applications IA. La nouvelle technologie de puce a le potentiel d'étendre la durée de vie de la batterie des wearables et objets connectés par un facteur 10, de supporter des charges de travail computationnelles intenses pour l'Internet des Objets, et de diviser par deux la consommation d'énergie associée aux communications sans fil avec le cloud.

La nouvelle suite de technologies de puces disruptives sera promue via le Consortium industriel FD-SOI & IoT pour accélérer l'adoption industrielle en abaissant la barrière à l'entrée pour la conception de puces FD-SOI. Un atelier industriel intitulé « Systèmes FD-SOI énergétiquement efficaces de nouvelle génération » a eu lieu le 3 mai 2024 pour les participants de l'industrie et de la recherche pour partager et discuter des derniers développements en technologies FD-SOI et présenter les nouvelles capacités avec des démonstrations de pointe.

« Les dispositifs IoT opèrent souvent avec un budget d'énergie très limité, et nécessitent donc une puissance moyenne extrêmement faible pour effectuer efficacement des tâches régulières comme la surveillance de signaux physiques. En même temps, une performance de pointe élevée est demandée pour traiter des événements de signal occasionnels avec des algorithmes IA intensifs en calcul. Notre recherche nous permet de manière unique de réduire simultanément la puissance moyenne et d'améliorer la performance de pointe », dit le Professeur Massimo Alioto, du Département de génie électrique et informatique du College of Design and Engineering de NUS et Directeur du laboratoire commun FD-fAbrICS (FD-SOI Always-on Intelligent & Connected Systems), où la nouvelle suite de technologies a été conçue.

« Les applications sont variées et incluent villes intelligentes, bâtiments intelligents, Industrie 4.0, wearables, et logistique intelligente. Les améliorations énergétiques remarquables obtenues dans le programme FD-fAbrICS changent la donne dans le domaine des dispositifs IA alimentés par batterie, car elles nous permettent ultimement de déplacer l'intelligence du cloud conventionnel vers des dispositifs miniaturisés intelligents », dit le Prof Alioto, qui dirige aussi le groupe Green IC (www.green-ic.org) au Département de génie électrique et informatique.

La recherche menée par le laboratoire commun NUS FD-fAbrICS a montré que leur technologie de puce FD-SOI peut être déployée à grande échelle avec une productivité de conception et d'intégration système améliorée pour un coût inférieur, une mise sur le marché plus rapide et une adoption industrielle rapide.

« Cette innovation a le potentiel d'accélérer le temps de mise sur le marché pour les acteurs clés de l'écosystème semi-conducteur de Singapour », dit le Prof Alioto. « Nous espérons faciliter l'adoption et le déploiement de nos technologies de conception à grande échelle via le Consortium industriel FD-SOI & IoT. C'est une contribution significative à l'industrie de l'IA et des semi-conducteurs à Singapour, car elle permet un avantage concurrentiel tout en réduisant le coût global de développement des systèmes FD-SOI. »

Les percées de recherche du laboratoire commun NUS FD-fAbrICS tirent parti de l'expertise et capacités combinées de NUS de différents domaines, tels que les circuits numériques (Prof Massimo Alioto), communications sans fil (Prof Assoc Heng Chun Huat), architectures système (Prof Asst Trevor Carlson), et modèles IA (Prof Li Haizhou). Des leaders industriels comme Soitec, NXP et Dolphin Design ont contribué aux efforts de recherche au laboratoire commun, qui sont aussi soutenus par l'Agence pour la science, la technologie et la recherche.

L'équipe de recherche de NUS étudie maintenant le développement de nouvelles classes de systèmes silicium intelligents et connectés qui pourraient supporter des tailles de modèles IA plus grandes (grands modèles) pour applications IA générative. La décentralisation résultante du calcul IA du cloud vers les dispositifs distribués préservera simultanément la vie privée, maintiendra la latence au minimum, et évitera le déluge de données sans fil sous la présence simultanée d'une pléthore de dispositifs.

L'atelier industriel, qui a approfondi les avancées et applications de pointe de la technologie FD-SOI, visait à favoriser un environnement de partage de connaissances ainsi que catalyser des collaborations au sein, et entre, la communauté de recherche FD-SOI et l'industrie des semi-conducteurs à Singapour travaillant sur des systèmes silicium intelligents et connectés.

Un autre objectif de l'atelier était de faciliter l'adoption rapide du FD-SOI et d'abaisser la barrière à l'entrée en conception, en partageant les résultats de recherche du laboratoire commun FD-fAbrICS. Des intervenants de Soitec, GlobalFoundries, NXP et de l'équipe de recherche NUS FD-fAbrICS ont partagé leurs perspectives sur le développement actuel des technologies connexes — par exemple en fabrication et conception de micropuces — et technologies disruptives futures pour systèmes IA ultra-basse consommation de prochaine génération.

Le Consortium FD-SOI & IoT a été établi pour étendre l'impact du laboratoire commun NUS FD-fAbrICS sur l'écosystème semi-conducteur à Singapour. Soitec et NXP sont membres fondateurs du Consortium.

Les membres du Consortium auront accès à des IP et méthodologies de conception FD-SOI innovantes, qui aideront à accélérer leur cycle de prototypage et développement de prochaine génération avec des processus hautement économes en énergie, particulièrement dans le domaine en croissance rapide des puces IA connectées.

Le Consortium FD-SOI & IoT soutiendra les besoins à court terme de l'industrie pour une feuille de route technologique rapide et des cycles d'innovation accélérés. En même temps, pour assurer une scalabilité soutenue et une différenciation à travers les membres du Consortium à plus long terme, les technologies développées en synergie avec les partenaires industriels FD-fAbrICS seront davantage étendues par certains membres du Consortium.

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