CEA-Leti と Dolphin の設計レポート動作周波数を 450% 向上させ、消費電力を 30% 削減する FD-SOI のブレークスルー: ISSCC 2021 で発表された共同論文は、新しい適応バックバイアス技術がチップ設計フローの統合限界をどのように克服するかを示しています

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要約：
CEA-LetiとDolphinDesignは、FD-SOIチップ用の適応型バックバイアス（ABB）アーキテクチャを開発しました。これは、既存のABB技術の統合の欠点を克服し、産業グレードの認定を受けてデジタル設計フローにシームレスに統合できます。

CEA-Leti＆Dolphin Design Report FD-SOIのブレークスルーにより、動作周波数が450％向上し、消費電力が30％削減：ISSCC 2021で発表された共同論文は、新しい適応型バックバイアス技術がチップ設計フローの統合限界をどのように克服するかを示しています

フランス、グルノーブル| 23年2021月XNUMX日に投稿

完全空乏型シリコンオンインシュレータ（FD-SOI）は、バックゲートとして機能するトランジスタ本体のバイアスを可能にする技術です。従来のバルク技術とは異なり、FD-SOIはボディバイアスの広い電圧範囲を可能にします。これにより、しきい値電圧を制御することにより、プロセス、電圧、および温度（PVT）の変動を補償できます。たとえば、スイッチ操作では、スイッチがオンのときに、ボディバイアスが変更され、しきい値電圧を下げてより多くの電流を流すことにより、オン抵抗を減らします。それは回路を加速します。オフ状態では、ボディバイアスが変化し、しきい値電圧を上げることでオフ抵抗を上げ、その結果、リーク電流を減らします。これは、FD-SOIテクノロジーを使用して、設計を加速するか、リーク電力を削減できることを示しています。

ISSCC 2021の論文で発表された、新しいABB技術により、アプリケーション設計では、温度、製造時の変動、供給電圧などの幅広い動作条件にわたって、目標の動作周波数を維持することもできます。このアーキテクチャにより、ボディバイアス技術を使用しない技術と比較して、22nm FD-SOI技術のプロセッサのエネルギー消費を最大30％削減し、動作周波数を最大450％向上させることができます。また、製造歩留まりも向上します。

「ABBの開発は、ABBを使用した後の回路性能の向上を示す初めての結果を示し、FD-SOI設計の性能と歩留まりを向上させるのに役立つため、FD-SOI技術のブレークスルーです」とGaëlPillonnetは述べています。 CEA-Letiの科学者であり、論文の著者である「0.021nm FD-SOIテクノロジーで450％の周波数ブーストと30％の電力削減を実現するスケーラブルなドライバーを備えた22mm²のPVT対応デジタルフロー互換適応バックバイアスレギュレーター」。

ABBは、モジュール式でエネルギー効率の高いIP、プラットフォーム、およびシステムオンチップ（SoC）のフランスの大手企業であるDolphinDesignによって商品化されています。これは、Dolphin Designによって改善および工業化されたCEA-Letiの概念実証に基づいており、研究所の産業パートナーとの実りあるコラボレーションと、革新的な設計を産業に移転するというコミットメントを強調しています。

「当社のABBIPの性能は最先端であり、代表的な数のサンプルでプロセス電圧-温度（PVT）条件全体の変動を補償し、工業製品でのこのソリューションの使用を可能にします」とAndreaBonzo氏は述べています。、DolphinDesignのIPプログラムマネージャー。「この手法のこれまでの取り組みでは、意図したとおりに機能するチップの数は限られていると報告されています。私たちの技術では、多数のチップが適切に機能することが示されています。 ABBは用途が広く、FD-SOIテクノロジーに制限されることなく広いデジタルエリアを駆動するために使用できます。」

論文によると、「よく知られている適応型バックバイアス（ABB）技術は、プロセスのコーナーと温度に応じてVTHの変動を補償することにより、消費電力を削減したり、動作周波数を維持したりする能力をすでに示しています。ただし、以前に公開されたABBアーキテクチャでは、ABBをデジタル設計フローにシームレスに統合して産業グレードの認定を取得する方法についての概要が限られています。 0.4〜100mm²のバイアスのかかったデジタル負荷に再利用可能なABB-IPを提案します。面積と電力のオーバーヘッドは低く、それぞれ1.2％@2mm²と0.4％@10mm²です。」

この新しいアーキテクチャでは、ABB領域はアプリケーション設計と比較して比較的小さく、領域と電力の両方で、アプリケーション設計が比較的低いオーバーヘッドで目標の速度（周波数）を維持できるようにします。

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CEA Letiについて
CEAの技術研究機関であるLetiは、産業向けのスマートでエネルギー効率の高い安全なソリューションを可能にする小型化技術の世界的リーダーです。 1967年に設立されたCEA-Letiは、マイクロテクノロジーとナノテクノロジーのパイオニアであり、グローバル企業、中小企業、新興企業向けに差別化されたアプリケーションソリューションを調整しています。 CEA-Letiは、ヘルスケア、エネルギー、デジタル移行における重大な課題に取り組んでいます。センサーからデータ処理およびコンピューティングソリューションまで、CEA-Letiの学際的なチームは、世界クラスの産業化前の施設を活用して、確かな専門知識を提供します。 1,900人以上のスタッフ、3,100件の特許ポートフォリオ、10,000平方メートルのクリーンルームスペース、明確なIPポリシーを備えたこの研究所は、フランスのグルノーブルに拠点を置き、シリコンバレーと東京にオフィスを構えています。 CEA-Letiは65のスタートアップを立ち上げ、CarnotInstitutesネットワークのメンバーです。 www.leti-cea.comおよび@CEA_Letiでフォローしてください。

技術的専門知識

CEAは、科学的知識と革新を研究から産業界に移転する上で重要な役割を担っています。この高レベルの技術研究は、特にマイクロスケールからナノスケールまで、電子および統合システムで行われます。輸送、健康、安全、通信の分野で幅広い産業用途があり、高品質で競争力のある製品の創出に貢献しています。

詳細については、www.cea.fr / englishをご覧ください。

イルカのデザインについて

フランスに本社を置くDolphinDesignは、以前はDolphin Integrationとして知られており、160人の優秀なエンジニアを含む140人を雇用する半導体企業です。

これらは、最先端のIPとアーキテクチャに基づいて構築された差別化プラットフォームソリューションを提供し、独自のシステムレベルのユーティリティによってカスタマイズされて、クライアントによって、またはクライアントのために設計された高速で安全なASICを提供します。これらのプラットフォームは、さまざまな技術プロセスに利用でき、エネルギー効率の高いSoC設計用に最適化されています。

現在500社を超えるクライアントとともに、環境への影響を最小限に抑える革新的でアクセス可能な集積回路を搭載した製品を毎日何十億もの人々の手に届けることができるように、人的、独創的、長期的なコラボレーションに注力しています。 IoT、AI、5Gなどの消費者市場、および信頼性の高い市場では、SoCデザイナーの創造性を解き放ち、差別化を実現します。

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