Cientistas Revelam Chips FD-SOI de Ultra-Baixo Consumo Aumentando Eficiência de Dispositivos de IA

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Professor Massimo Alioto, Diretor do laboratório conjunto FD-fAbrICS, falando a participantes da indústria e comunidade de pesquisa para compartilhar os últimos desenvolvimentos em tecnologias FD-SOI em uma vitrine da indústria realizada em 3 de maio. (Imagem: laboratório conjunto FD-fAbrICS)

Pesquisadores da NUS, junto com parceiros da indústria Soitec e NXP Semiconductors, demonstraram uma nova classe de sistemas de silício que promete aumentar a eficiência energética de dispositivos de IA conectados em saltos e bounds. Esses avanços tecnológicos avançarão significativamente as capacidades da indústria de semicondutores em Cingapura e além.

Esta inovação foi demonstrada em tecnologia fully-depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) e pode ser aplicada ao design e fabricação de componentes semicondutores avançados para aplicações de IA. A nova tecnologia de chip tem potencial para estender a vida útil da bateria de wearables e objetos inteligentes por um fator de 10, suportar cargas de trabalho computacionais intensas para uso em aplicações Internet of Things, e reduzir pela metade o consumo de energia associado a comunicações sem fio com a nuvem.

A nova suíte de tecnologias de chip disruptivas será promovida através do Consórcio da Indústria FD-SOI & IoT para acelerar a adoção pela indústria, baixando a barreira de entrada de design em chips FD-SOI. Um workshop da indústria intitulado "Sistemas FD-SOI de próxima geração energeticamente eficientes" foi realizado em 3 de maio de 2024 para participantes da indústria e comunidade de pesquisa compartilharem e discutirem os últimos desenvolvimentos em tecnologias FD-SOI e mostrarem as novas capacidades com demonstrações de última geração.

"Dispositivos IoT frequentemente operam com orçamento de energia muito limitado, e portanto requerem potência média extremamente baixa para executar eficientemente tarefas regulares como monitoramento de sinais físicos. Ao mesmo tempo, alto desempenho de pico é demandado para processar eventos de sinal ocasionais com algoritmos de IA computacionalmente intensivos. Nossa pesquisa nos permite exclusivamente reduzir simultaneamente a potência média e melhorar o desempenho de pico," disse Professor Massimo Alioto, do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Faculdade de Design e Engenharia da NUS e Diretor do laboratório conjunto FD-fAbrICS (FD-SOI Always-on Intelligent & Connected Systems), onde a nova suíte de tecnologias foi engenhada.

"As aplicações são amplas e incluem cidades inteligentes, edifícios inteligentes, Indústria 4.0, wearables e logística inteligente. As notáveis melhorias de energia obtidas no programa FD-fAbrICS são um divisor de águas na área de dispositivos de IA alimentados por bateria, pois finalmente nos permitem mover inteligência da nuvem convencional para dispositivos miniaturizados inteligentes," disse Prof. Alioto, que também lidera o grupo Green IC (www.green-ic.org) no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação.

Pesquisa conduzida pelo laboratório conjunto NUS FD-fAbrICS mostrou que sua tecnologia de chip FD-SOI pode ser implantada em escala com produtividade aprimorada de design e integração de sistema para menor custo, alcance de mercado mais rápido e adoção rápida pela indústria.

"Esta inovação tem potencial para acelerar o tempo de mercado para players-chave no ecossistema de semicondutores de Cingapura," disse Prof. Alioto. "Esperamos facilitar a adoção e implantação de nossas tecnologias de design em escala através do Consórcio FD-SOI & IoT. Esta é uma contribuição significativa para a indústria de IA e semicondutores em Cingapura, pois permite vantagem competitiva enquanto reduz o custo geral de desenvolvimento de sistemas FD-SOI."

Os avanços de pesquisa do laboratório conjunto NUS FD-fAbrICS aproveitam a experiência e capacidades combinadas da NUS de diferentes domínios, como circuitos digitais (Prof. Massimo Alioto), comunicações sem fio (Prof. Assoc. Heng Chun Huat), arquiteturas de sistema (Prof. Assist. Trevor Carlson) e modelos de IA (Prof. Li Haizhou). Líderes da indústria como Soitec, NXP e Dolphin Design contribuíram para os esforços de pesquisa no laboratório conjunto, que também são apoiados pela Agência de Ciência, Tecnologia e Pesquisa.

A equipe de pesquisa da NUS está agora olhando para desenvolver novas classes de sistemas de silício inteligentes e conectados que poderiam suportar tamanhos maiores de modelos de IA (modelos grandes) para aplicações de IA generativa. A descentralização resultante da computação de IA da nuvem para dispositivos distribuídos simultaneamente preservará privacidade, manterá latência mínima e evitará dilúvio de dados sem fio sob a presença simultânea de uma infinidade de dispositivos.

O workshop da indústria, que se aprofundou nos avanços e aplicações de ponta da tecnologia FD-SOI, visou fomentar um ambiente de compartilhamento de conhecimento, bem como catalisar colaborações dentro e entre a comunidade de pesquisa FD-SOI e a indústria de semicondutores em Cingapura trabalhando em sistemas de silício inteligentes e conectados.

Outro objetivo do workshop foi facilitar a adoção rápida de FD-SOI e baixar a barreira de entrada de design, compartilhando os resultados de pesquisa do laboratório conjunto FD-fAbrICS. Palestrantes da Soitec, GlobalFoundries, NXP e da equipe de pesquisa NUS FD-fAbrICS compartilharam suas perspectivas sobre o desenvolvimento atual de tecnologias relacionadas — por exemplo, em fabricação e design de microchips — e tecnologias disruptivas futuras para sistemas de IA de ultra-baixa potência de próxima geração.

O Consórcio FD-SOI & IoT foi estabelecido para estender o impacto do laboratório conjunto NUS FD-fAbrICS no ecossistema de semicondutores em Cingapura. Soitec e NXP são membros fundadores do Consórcio.

Membros do Consórcio terão acesso a IP de design FD-SOI inovador e metodologias, que ajudarão a acelerar seus ciclos de prototipagem e desenvolvimento de próxima geração com processos altamente energeticamente eficientes, especialmente na área de rápido crescimento de chips de IA conectados.

O Consórcio FD-SOI & IoT apoiará as necessidades de curto prazo da indústria para roadmap de tecnologia rápido e ciclos de inovação acelerados. Ao mesmo tempo, para assegurar escalabilidade sustentada e diferenciação entre membros do Consórcio a longo prazo, as tecnologias desenvolvidas em sinergia com os parceiros da indústria FD-fAbrICS serão further expandidas por alguns dos membros do Consórcio.

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