Le CEA-Leti et Dolphin Design rapportent une percée FD-SOI qui augmente la fréquence de fonctionnement de 450 % et réduit la consommation d'énergie de 30 % : un document conjoint présenté à l'ISSCC 2021 montre comment une nouvelle technique de rétropolarisation adaptative surmonte les limites d'intégration dans les flux de conception de puces

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Résumé:
Le CEA-Leti et Dolphin Design ont développé une architecture de polarisation arrière adaptative (ABB) pour les puces FD-SOI qui peut être intégrée de manière transparente dans le flux de conception numérique avec une qualification de niveau industriel, surmontant les inconvénients d'intégration des techniques ABB existantes.

Rapport CEA-Leti & Dolphin sur la conception FD-SOI Percée qui augmente la fréquence de fonctionnement de 450% et réduit la consommation d'énergie de 30%: un document conjoint présenté à l'ISSCC 2021 montre comment la nouvelle technique de back-polaring adaptative surmonte les limites d'intégration dans les flux de conception de puces

Grenoble, France | Publié le 23 février 2021

Le silicium entièrement appauvri sur isolant (FD-SOI) est une technologie qui permet la polarisation du corps du transistor qui agit comme une grille arrière. Contrairement à la technologie de masse conventionnelle, FD-SOI permet une large plage de tension de polarisation corporelle. Cela permet de compenser les variations de procédé, de tension et de température (PVT) en contrôlant la tension de seuil. Par exemple, dans les opérations de commutation, lorsque l'interrupteur est activé, la polarisation du corps est modifiée pour réduire la résistance à l'état passant en réduisant la tension de seuil et en laissant passer plus de courant. Cela accélère le circuit. Dans l'état bloqué, la polarisation du corps est modifiée pour augmenter la résistance d'arrêt en augmentant la tension de seuil, réduisant par conséquent le courant de fuite. Cela montre que la technologie FD-SOI peut être utilisée soit pour accélérer la conception, soit pour réduire la puissance de fuite.

Présentée dans un article à l'ISSCC 2021, la nouvelle technique ABB permet également à la conception de l'application de maintenir une fréquence de fonctionnement ciblée sur une large gamme de conditions de fonctionnement telles que la température, la variabilité de fabrication et la tension d'alimentation. L'architecture permet de réduire la consommation d'énergie des processeurs de la technologie FD-SOI 22 nm jusqu'à 30% et d'augmenter la fréquence de fonctionnement jusqu'à 450% par rapport à une technique dans laquelle la technique de polarisation corporelle n'est pas utilisée. Il améliore également le rendement de fabrication.

«Le développement d'ABB est une percée pour la technologie FD-SOI car il montre les tout premiers résultats illustrant l'amélioration des performances du circuit après l'utilisation d'ABB, et il contribuera à augmenter les performances et les rendements dans les conceptions FD-SOI», a déclaré Gaël Pillonnet, un scientifique du CEA-Leti et auteur de l'article «Un régulateur adaptatif de polarisation inversé compatible avec le flux numérique PVT-Aware de 0.021 mm² avec des pilotes évolutifs permettant une augmentation de fréquence de 450% et une réduction de puissance de 30% dans la technologie FD-SOI de 22 nm.»

L'ABB est commercialisé par Dolphin Design, une société française leader dans le domaine des IP, des plates-formes et des systèmes sur puces (SoC) modulaires et économes en énergie. Il est basé sur la preuve de concept du CEA-Leti qui a été améliorée et industrialisée par Dolphin Design, soulignant les collaborations fructueuses de l'institut avec ses partenaires industriels et son engagement à transférer des designs innovants vers l'industrie.

«Les performances de notre ABB IP sont à la pointe de la technologie et montrent la compensation des variations à travers les conditions de process-tension-température (PVT) sur un nombre représentatif d'échantillons, permettant l'utilisation de cette solution dans les produits industriels», a déclaré Andrea Bonzo , Responsable de programme IP chez Dolphin Design. «Les efforts précédents dans cette technique n'ont rapporté qu'un nombre limité de puces fonctionnant comme prévu. Grâce à notre technique, un grand nombre de puces fonctionnent correctement. ABB est polyvalent et peut être utilisé pour piloter une grande zone numérique sans aucune limitation pour toute technologie FD-SOI. »

Selon l'article, «la technique bien connue de contre-polarisation adaptative (ABB) a déjà montré sa capacité à réduire la consommation d'énergie ou / et à maintenir la fréquence de fonctionnement en compensant la variabilité VTH en fonction des coins du processus et de la température. Cependant, les architectures ABB publiées précédemment fournissent une vue d'ensemble limitée sur la manière d'intégrer l'ABB de manière transparente dans le flux de conception numérique avec une qualification de niveau industriel. Nous proposons un ABB-IP réutilisable pour toute charge numérique polarisée, de 0.4 à 100 mm², avec une faible surface et une surcharge de puissance, par exemple 1.2% @ 2 mm² et 0.4% @ 10 mm², respectivement. »

Avec cette nouvelle architecture, la zone ABB est relativement petite par rapport à la conception de l'application, et à la fois en zone et en puissance, elle permet à la conception de l'application de maintenir sa vitesse (fréquence) ciblée avec une surcharge relativement faible.

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À propos du CEA Leti
Le Leti, institut de recherche technologique du CEA, est un leader mondial des technologies de miniaturisation permettant des solutions intelligentes, écoénergétiques et sécurisées pour l'industrie. Fondé en 1967, le CEA-Leti est le pionnier des micro et nanotechnologies, en adaptant des solutions applicatives différenciantes pour les entreprises mondiales, les PME et les startups. Le CEA-Leti relève des défis critiques en matière de santé, d'énergie et de migration numérique. Des capteurs aux solutions de traitement de données et de calcul, les équipes multidisciplinaires du CEA-Leti apportent une solide expertise, en s'appuyant sur des installations de pré-industrialisation de classe mondiale. Avec un personnel de plus de 1,900 3,100 personnes, un portefeuille de 10,000 65 brevets, XNUMX XNUMX mètres carrés d'espace de salle blanche et une politique de propriété intellectuelle claire, l'institut est basé à Grenoble, en France, et possède des bureaux dans la Silicon Valley et à Tokyo. Le CEA-Leti a lancé XNUMX startups et est membre du réseau des Instituts Carnot. Suivez-nous sur www.leti-cea.com et @CEA_Leti.

Expertise technologique

Le CEA a un rôle clé dans le transfert des connaissances scientifiques et de l'innovation de la recherche vers l'industrie. Cette recherche technologique de haut niveau est menée notamment dans les systèmes électroniques et intégrés, de l'échelle micrométrique à l'échelle nanométrique. Elle a une large gamme d'applications industrielles dans les domaines des transports, de la santé, de la sécurité et des télécommunications, contribuant à la création de produits de haute qualité et compétitifs.

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À propos de Dolphin Design

Basée en France, Dolphin Design, anciennement connue sous le nom de Dolphin Integration, est une société de semi-conducteurs employant 160 personnes, dont 140 ingénieurs hautement qualifiés.

Ils fournissent des solutions de plate-forme de différenciation basées sur des adresses IP et des architectures de pointe, personnalisées par des utilitaires uniques au niveau du système pour fournir des ASIC rapides et sécurisés, conçus par ou pour leurs clients. Ces plates-formes sont disponibles pour divers processus technologiques et optimisées pour la conception de SoC écoénergétiques.

Aux côtés de leurs clients, dépassant désormais les 500 entreprises, ils misent sur une collaboration humaine, inventive et pérenne pour leur permettre d'apporter des produits, alimentés par des circuits intégrés innovants et accessibles qui minimisent l'impact environnemental, aux mains de milliards de personnes chaque jour. Sur les marchés de consommation tels que l'IoT, l'IA et la 5G, et sur les marchés à haute fiabilité, ils libèrent la créativité des concepteurs de SoC pour se différencier.

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