CEA-Leti & Dolphin Design Report Inovação FD-SOI que aumenta a frequência operacional em 450% e reduz o consumo de energia em 30%: Documento conjunto apresentado no ISSCC 2021 mostra como a nova técnica adaptativa de back-biasing supera os limites de integração em fluxos de design de chip

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Abstrato:
A CEA-Leti e a Dolphin Design desenvolveram uma arquitetura de back-biasing adaptável (ABB) para chips FD-SOI que pode ser perfeitamente integrada no fluxo de design digital com qualificação de nível industrial, superando as desvantagens de integração das técnicas ABB existentes.

CEA-Leti & Dolphin Design Report FD-SOI Avanço que aumenta a frequência operacional em 450% e reduz o consumo de energia em 30%: documento conjunto apresentado no ISSCC 2021 mostra como a nova técnica de retropressão adaptativa supera os limites de integração em fluxos de design de chip

Grenoble, França | Publicado em 23 de fevereiro de 2021

Fully Depleted Silicon on Insulator (FD-SOI) é uma tecnologia que permite a polarização do corpo do transistor que atua como um back gate. Ao contrário da tecnologia em massa convencional, o FD-SOI permite uma ampla faixa de tensão da polarização do corpo. Isso permite compensar as variações de processo, tensão e temperatura (PVT) controlando a tensão limite. Por exemplo, em operações de chave, quando a chave está ligada, a polarização do corpo é alterada para reduzir a resistência de ativação, reduzindo a tensão limite e permitindo que mais corrente passe. Isso acelera o circuito. No estado desligado, a polarização do corpo é alterada para aumentar a resistência de desligamento aumentando a tensão de limiar, consequentemente reduzindo a corrente de fuga. Isso mostra que a tecnologia FD-SOI pode ser usada para acelerar o projeto ou reduzir a potência de fuga.

Apresentada em um artigo na ISSCC 2021, a nova técnica da ABB também permite que o projeto do aplicativo mantenha uma frequência operacional direcionada em uma ampla gama de condições operacionais, como temperatura, variabilidade de fabricação e tensão de alimentação. A arquitetura permite reduzir o consumo de energia dos processadores na tecnologia FD-SOI de 22nm em até 30% e aumentar a frequência de operação em até 450% em comparação com uma técnica na qual a técnica de polarização do corpo não é usada. Também melhora o rendimento de fabricação.

“O desenvolvimento da ABB é um avanço para a tecnologia FD-SOI porque mostra os primeiros resultados que descrevem o aprimoramento no desempenho do circuito após o uso da ABB e ajudará a aumentar o desempenho e os rendimentos nos projetos FD-SOI”, disse Gaël Pillonnet, um cientista da CEA-Leti e autor do artigo “A 0.021 mm² PVT-Aware Digital-Flow-Compative Back-Biasing Regulator with Scalable Drivers Achieving 450% Frequency Boosting and 30% Power Reduction in 22nm FD-SOI Technology.”

O ABB está sendo comercializado pela Dolphin Design, uma empresa francesa líder em IPs modulares e energeticamente eficientes, plataformas e sistemas em chips (SoC). Baseia-se na prova de conceito do CEA-Leti que foi aprimorada e industrializada pela Dolphin Design, ressaltando as colaborações frutíferas do instituto com seus parceiros industriais e seu compromisso em transferir designs inovadores para a indústria.

“Os desempenhos do nosso ABB IP são de última geração e mostram a compensação das variações nas condições de tensão de processo (PVT) em um número representativo de amostras, permitindo o uso desta solução em produtos industriais”, disse Andrea Bonzo , gerente de programa de IP da Dolphin Design. “Esforços anteriores nesta técnica relataram apenas um número limitado de chips que funcionam conforme o esperado. Com nossa técnica, um grande número de chips funciona corretamente. A ABB é versátil e pode ser usada para conduzir uma grande área digital sem qualquer limitação para qualquer tecnologia FD-SOI.”

De acordo com o artigo, “a conhecida técnica de retropolarização adaptativa (ABB) já mostrou sua capacidade de reduzir o consumo de energia e/ou manter a frequência de operação compensando a variabilidade do VTH de acordo com os cantos e a temperatura do processo. No entanto, as arquiteturas ABB publicadas anteriormente fornecem uma visão geral limitada sobre como integrar a ABB perfeitamente no fluxo de design digital com qualificação de nível industrial. Propomos um ABB-IP reutilizável para qualquer carga digital polarizada, de 0.4-100 mm², com baixa área e sobrecarga de energia, por exemplo, 1.2% @ 2 mm² e 0.4% @ 10 mm², respectivamente.”

Com essa nova arquitetura, a área da ABB é relativamente pequena em comparação com o projeto do aplicativo e, tanto em área quanto em potência, permite que o projeto do aplicativo mantenha sua velocidade (frequência) desejada com uma sobrecarga relativamente baixa.

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Sobre CEA Leti
Leti, um instituto de pesquisa de tecnologia da CEA, é líder global em tecnologias de miniaturização que permitem soluções inteligentes, seguras e com eficiência energética para a indústria. Fundada em 1967, a CEA-Leti é pioneira em micro e nanotecnologias, adaptando soluções de aplicativos diferenciadores para empresas globais, PMEs e startups. CEA-Leti enfrenta desafios críticos em saúde, energia e migração digital. De sensores a soluções de processamento de dados e computação, as equipes multidisciplinares da CEA-Leti oferecem experiência sólida, aproveitando instalações de pré-industrialização de classe mundial. Com uma equipe de mais de 1,900 funcionários, um portfólio de 3,100 patentes, 10,000 metros quadrados de espaço de sala limpa e uma política de IP clara, o instituto está baseado em Grenoble, França, e possui escritórios no Vale do Silício e Tóquio. O CEA-Leti lançou 65 startups e é membro da rede Carnot Institutes. Siga-nos em www.leti-cea.com e @CEA_Leti.

Competências tecnológicas

O CEA tem um papel fundamental na transferência de conhecimento científico e inovação da pesquisa para a indústria. Esta pesquisa tecnológica de alto nível é realizada em particular em sistemas eletrônicos e integrados, de microescala a nanoescala. Tem um vasto leque de aplicações industriais nas áreas dos transportes, saúde, segurança e telecomunicações, contribuindo para a criação de produtos competitivos e de elevada qualidade.

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Sobre o design do golfinho

Com sede na França, a Dolphin Design, anteriormente conhecida como Dolphin Integration, é uma empresa de semicondutores que emprega 160 pessoas, incluindo 140 engenheiros altamente qualificados.

Eles fornecem soluções de plataforma diferenciadas construídas em IPs e arquiteturas de última geração, personalizadas por utilitários exclusivos de nível de sistema para fornecer ASICs rápidos e seguros, projetados por ou para seus clientes. Essas plataformas estão disponíveis para diversos processos tecnológicos e otimizadas para projetos de SoC com eficiência energética.

Ao lado de seus clientes, que já ultrapassam 500 empresas, eles apostam na colaboração humana, inventiva e de longo prazo para que possam levar produtos, alimentados por circuitos integrados inovadores e acessíveis que minimizam o impacto ambiental, às mãos de bilhões de pessoas todos os dias. Em mercados de consumo, incluindo IoT, IA e 5G, e em mercados de alta confiabilidade, eles liberam a criatividade do designer de SoC para oferecer diferenciação.

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