Cientistas revelam chips FD‑SOI de consumo ultrabaixo que melhoram a eficiência dos dispositivos de IA

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Professor Massimo Alioto, Diretor do laboratório conjunto FD-fAbrICS, falando aos participantes da indústria e da comunidade de pesquisa para compartilhar os mais recentes desenvolvimentos em tecnologias FD-SOI em uma vitrine da indústria realizada em 3 de maio. (Imagem:laboratório conjunto FD-fAbrICS)
Pesquisadores da NUS, juntamente com os parceiros industriais Soitec e NXP Semiconductors, demonstraram uma nova classe de sistemas de silício que promete aumentar a eficiência energética de dispositivos conectados por IA aos trancos e barrancos. Esses avanços tecnológicos aumentarão significativamente as capacidades da indústria de semicondutores em Cingapura e em outros lugares.

Esta inovação foi demonstrada na tecnologia de silício sobre isolante totalmente esgotado (FD-SOI) e pode ser aplicada ao projeto e fabricação de componentes semicondutores avançados para aplicações de IA. A nova tecnologia de chip tem o potencial de prolongar 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 de Internet das Coisas e reduzir pela metade o consumo de energia associado às comunicações sem fio com a nuvem.

O novo conjunto de tecnologias disruptivas de chips será promovido através do FD-SOI &IoT Industry Consortium para acelerar a adoção da indústria, reduzindo a barreira de design à entrada em chips FD-SOI. Um workshop da indústria intitulado “Sistemas FD-SOI com eficiência energética de última geração” foi realizado em 3 de maio de 2024 para participantes da indústria e da comunidade de pesquisa compartilharem e discutirem os mais recentes desenvolvimentos em tecnologias FD-SOI e mostrarem os novos recursos com demonstrações de última geração.

"Os dispositivos IoT geralmente operam com um orçamento de energia muito limitado e, portanto, exigem energia média extremamente baixa para executar com eficiência tarefas regulares, como monitoramento de sinal físico. Ao mesmo tempo, é necessário um alto desempenho de pico para processar eventos de sinal ocasionais com algoritmos de IA computacionalmente intensivos. Nossa pesquisa nos permite reduzir simultaneamente a potência média e melhorar o desempenho de pico", disse o professor Massimo Alioto, do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Faculdade de Design e Engenharia da NUS e Diretor do FD-fAbrICS (FD-SOI Laboratório conjunto Always-on Intelligent &Connected Systems), onde o novo conjunto de tecnologias foi projetado.

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

A pesquisa conduzida pelo laboratório conjunto NUS FD-fAbrICS mostrou que sua tecnologia de chip FD-SOI pode ser implantada em escala com design aprimorado e produtividade de integração de sistema para menor custo, alcance mais rápido no mercado e rápida adoção na indústria.

“Esta inovação tem o potencial de acelerar o tempo de comercialização para os principais participantes do ecossistema de semicondutores de Cingapura”, disse o Prof Alioto. "Esperamos facilitar a adoção e implantação de nossas tecnologias de design em escala por meio do FD-SOI &IoT Industry Consortium. Esta é uma contribuição significativa para a indústria de IA e semicondutores em Cingapura, pois permite uma vantagem competitiva e, ao mesmo tempo, reduz o custo geral de desenvolvimento de sistemas FD-SOI."

Os avanços da 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 (Assoc Prof Heng Chun Huat), arquiteturas de sistema (Asst Prof 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 buscando desenvolver novas classes de sistemas de silício inteligentes e conectados que possam 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 preservará simultaneamente a privacidade, manterá a latência no mínimo e evitará o 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, teve como objetivo promover 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 rápida adoção do FD-SOI e reduzir a barreira de entrada no design, compartilhando os resultados da 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, na fabricação e no design de microchips - e futuras tecnologias disruptivas para sistemas de IA de potência ultrabaixa de próxima geração.

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

Os membros do consórcio terão acesso a metodologias e IP de design FD-SOI inovadores, que ajudarão a acelerar seu ciclo de prototipagem e desenvolvimento de próxima geração com processos altamente eficientes em termos energéticos, especialmente na área de rápido crescimento de chips conectados à IA.

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

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