CEA-Leti es una de las cinco principales organizaciones de tecnología de investigación de semiconductores (RTO) del mundo, organizaciones sin fines de lucro que sirven como intermediarios entre los institutos de investigación y los actores industriales. Los RTO trabajan en estrecha colaboración con institutos de investigación pura para identificar innovaciones prometedoras, y trabajan en estrecha colaboración con socios industriales para desarrollar prototipos y demostradores que preparan esas innovaciones para la producción en masa.
Los RTO también cooperan con una amplia gama de actores públicos para ayudar a desarrollar estrategias para el desarrollo tecnológico dentro de un país determinado. En Europa, hay otros dos RTO entre los cinco primeros del mundo: Imec en Bélgica, y Fraunhofer en Alemania. Hay varios otros más pequeños en Europa, incluyendo VTT en Finlandia y Tecnalia en España.
“CEA-Leti es parte de una organización más grande: CEAla Comisión Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica”, dijo Jean René Lèquepeys, subdirector y CTO de CEA-Leti. “Somos un laboratorio de investigación aplicada, haciendo el vínculo con la investigación fundamental. Colaboramos estrechamente con la división de investigación fundamental dentro de CEA, así como con otros institutos de investigación fuera de CEA, para explorar nuevos caminos para la investigación. Tomamos la investigación pura y la transferimos a la industria en buenas condiciones.
“Tenemos una asociación muy fuerte con STMicroelectrónica para una variedad de proyectos. Otras dos alianzas sólidas son con Soitec de materiales y con Lynred para detectores de infrarrojos refrigerados y no refrigerados. Estos tres socios están en el área de Grenoble. También trabajamos con una variedad de grandes empresas, incluidas Intel, Schneider, Siemens, Valeo, Renault y algunas de las empresas GAFAM. [Google (Alphabet), Apple, Facebook (Meta), Amazon, Microsoft], con quien tenemos asociaciones confidenciales. Y, por supuesto, apoyamos a nuestras empresas emergentes: hasta ahora, 74 empresas emergentes han surgido de CEA-Leti”.
Lèquepeys agregó: “Aunque no es tan conocido por el público en general como Silicon Valley, Grenoble ha sido un punto de acceso para la microelectrónica y las tecnologías ‘Más que Moore’ durante bastante tiempo.
“CEA-Leti trabaja con empresas repartidas por los tres valles que rodean Grenoble. Un valle es un semillero para la microelectrónica, otro es el hogar de la innovación en sistemas de imágenes y el tercer valle está dedicado a las tecnologías de visualización”.
Aquí están las respuestas de Lèquepeys a las preguntas de Computer Weekly:
¿Puede proporcionar un ejemplo de cómo funcionan los RTO con la industria?
Lequepeys: Un buen ejemplo del papel que juegan los RTO es la forma en que CEA-Leti desarrolló la tecnología de silicio sobre aislador completamente empobrecido (FD-SOI) y la transfirió a SamsungST Microelectrónica y GlobalFoundries para la producción
FD-SOI utiliza una capa ultrafina de aislante que se asienta sobre la base de silicio. El canal del transistor es una capa de silicio que es muy delgada y, por lo tanto, no requiere dopaje, de ahí el término “totalmente agotado”. FD-SOI ofrece un buen compromiso entre la potencia informática pura y la reducción del consumo de energía: un 40 % menos que con los enfoques tradicionales. Funciona muy bien como elemento básico para aplicaciones analógicas y de radiofrecuencia.
Otra ventaja de FD-SOI es que tenemos la capacidad de tener una polarización inversa para colocar una puerta debajo del transistor. El umbral de voltaje de los transistores se puede cambiar aplicando voltaje a la puerta.
Esto hace posible aumentar el rendimiento de los transistores cuando sea necesario. Todavía puede reducir los transistores a 0,4 V cuando no necesita una gran potencia informática y cuando desea optimizar el consumo de energía.
Así que esta es una tecnología que ofrece una muy buena compensación entre potencia, consumo de energía y costo. es mas simple que FinFET tecnología en términos de número de pasos de litografía requeridos. FinFET es mejor para computación pura y densidad y está bien adaptado a CPU grandes o GPU grandes, pero no está bien adaptado a chips analógicos y de RF.
Un ejemplo del uso creciente de FD-SOI es que Qualcomm, Mediatek y GlobalFoundries comenzaron a desarrollar soluciones de front-end de radiofrecuencia (RF) para teléfonos 5Gbasado en la tecnología FD-SOI.
¿Puede dar algunos ejemplos de áreas candentes de investigación aplicada en CEA-Leti?
Lequepeys: El primero es el “chiplet” Acercarse. En lugar de diseñar un circuito muy grande en un solo nodo, diseñamos una arquitectura modular basada en chips más pequeños. Al hacerlo, obtenemos varias grandes ventajas.
El primero está en el costo. El rendimiento del circuito disminuye con el tamaño. Esto ofrece mejoras en el rendimiento porque puede elegir el mejor nodo de tecnología para una función determinada. Por ejemplo, usamos un nodo muy avanzado para las funciones del procesador y un nodo más relajado para las funciones analógicas y de radiofrecuencia. Ganamos en flexibilidad usando un circuito altamente programable, o FPGA [field programmable gate array] en los chiquillos.
Los chiplets pueden utilizar arquitecturas masivamente paralelas escalables. Nosotros demostró los beneficios de este enfoque desarrollando prototipos de chiplets hace dos o tres años, cada uno con 16 núcleos, es decir, 96 núcleos en total.
Los chiplets se desarrollaron utilizando FD-SOI de 28 nm. Los prototipos resultantes tenían el poder de cómputo de 10 computadoras portátiles, ejecutando más de 220 Giga operaciones por segundo en un área de silicio muy pequeña, menos de 200 mm.2.
Gracias a este enfoque muy modular que explota la tecnología 3D, la ganancia de eficiencia energética es de un factor superior a 10. Para que este enfoque sea ampliamente utilizado, es necesario desarrollar estándares de comunicación abiertos para garantizar la comunicación entre los chips y tener una biblioteca completa de chiplets optimizados para funciones estándar.
Las grandes empresas de EE. UU., incluida Intel, lanzaron un comité para introducir la estandarización de la comunicación entre chiplets, que puso mucho énfasis en las soluciones de empaquetado avanzadas, que son soluciones basadas en chiplets.
¿Cuál es otra área candente de la investigación aplicada en la que está trabajando?
Lequepeys: El segundo es la computación basada en chips neuromórficos. El cerebro humano tiene una eficiencia informática muy alta para aplicaciones como el reconocimiento de formas o rostros. Realiza estas operaciones utilizando sólo 20W. Otro ejemplo es el cerebro de la abeja, que hace muy poca computación, pero sigue siendo muy eficiente en comparación con los circuitos integrados.
Los sistemas biológicos se han convertido en una fuente de inspiración para la industria de los semiconductores. Intentamos imitar el comportamiento del cerebro, con sinapsis y neuronas, utilizando memorias no volátiles y transistores para alcanzar el mismo orden de eficiencia energética.
Primero lanzamos un chip neuromórfico llamado Espíritu. Era un demostrador que utilizaba tecnología bastante antigua: tecnología CMOS de 130 nm, con memorias no volátiles integradas.
Teníamos solo 10 neuronas y 144 sinapsis en este demostrador, y el circuito consumió solo 3,6 picojulios por evento sináptico. Eso es alrededor de ocho o 10 menos que el demostrador de Intel y 10 veces menos que el demostrador de IBM. La tarea computacional que hicimos que realizara este chip fue reconocer dígitos escritos a mano.
Revelamos este chip en una conferencia de IBM en 2019. Ahora estamos preparando la próxima generación, que será una versión ampliada de este enfoque. Planeamos tener más de 100.000 neuronas en un chip y más de 75 millones de sinapsis.
Esta es un área prometedora, con un potencial para grandes ganancias en eficiencia energética.
¿Alguna otra área candente de investigación aplicada en la que CEA-Leti esté involucrada de la que pueda hablar?
Lequepeys: Sí, y es un tema muy candente: la computación cuántica. Hay varios enfoques que ya se están utilizando en todo el mundo. Estos son fotones, superconductores, tecnología de silicio, átomos fríos e iones atrapados. Si los comparamos con un conjunto de criterios objetivos, ninguna tecnología ha resultado ganadora general todavía.
En términos de número de qubits entrelazados, que es un criterio importante, los fotones, los superconductores y los átomos fríos están a la cabeza. Pero escalar esos enfoques sería difícil en un futuro cercano.
En CEA-Leti hemos optado por hacer qubits sobre silicio. Creemos que esta es la solución más prometedora en términos de poder escalar. Eso es por dos razones. Primero, la madurez de la industria electrónica significa que tenemos el equipo y los procesos necesarios para escalar. Y segundo, el pequeño tamaño de los qubits construidos en silicio significa que puede colocar muchos de ellos en un área pequeña.
Un qubit en silicio es un millón de veces más pequeño que los qubits que usan superconductores y fotones, y eso ofrecerá la capacidad de poner millones de qubits en un solo chip. Sin embargo, en la actualidad, esta tecnología se está quedando atrás en cuanto a la cantidad de qubits que se han puesto en una sola computadora hasta el momento.
En CEA-Leti tenemos una hoja de ruta muy agresiva. Planeamos tener seis qubits entrelazados para fines de este año, compatibles con una línea piloto industrial, basada en FD-SOI. Esperamos alcanzar los 100 qubits en 2024 y un procesador cuántico para 2030, con una pila de software completa y todos los códigos de corrección de errores adecuados. Esta es una de nuestras prioridades más altas, y se han movilizado enormes cantidades de recursos para que esto suceda.
Planeamos lanzar una nueva empresa en esta área, probablemente a fines de este año o principios del próximo.
Para nuestro trabajo en computación cuántica, hemos forjado alianzas estratégicas con CNRS y INRIA, dos centros de investigación maduros en Francia. Contamos con el apoyo financiero de la programa nacional lanzado por [French president] emmanuel macron y también recibimos financiación de los proyectos europeos que coordinamos.
Hablando de Europa, ¿dónde cree que se encuentran los puntos fuertes de Europa en la microelectrónica?
Lequepeys: Si bien Europa produce solo el 10 % de los componentes semiconductores del mundo, se encuentra en una posición sólida para los circuitos en el mercado automotriz, con una participación de mercado del 36 %, gracias a STMicroelectronics, Infineon y NXP. Europa también es fuerte en Industria 4.0 y fuerte en conectividad inalámbrica.
Europa también lidera el mercado de dispositivos de potencia, con Infineon y STMicroelectronics, y también tiene una fuerte participación de mercado en sensores, con los dos líderes mundiales, el bosco y STMicroelectronics.
Europa también ocupa la posición de liderazgo en microcontroladores, con STMicroelectronics, Infineon y NXP, y en dispositivos seguros. Todo esto en torno a tarjetas inteligentes y módulos de seguridad de hardware para el pago.
También estamos en la posición de liderazgo para la estandarización de los sistemas de telecomunicaciones, desde los sistemas 2G hasta los 6G, que ya se está planificando.
¿Por qué Grenoble es un buen lugar para todo este trabajo?
Lequepeys: Grenoble es un buen lugar para la microelectrónica. Es una ciudad joven y dinámica con escuelas de ingeniería y una universidad bien establecida. Lo que es importante es el trío de educación, investigación e industria trabajando en estrecha colaboración para desarrollar productos futuros. Y por cierto, Grenoble fue elegido Capital Verde Europea para 2022.
Grenoble da la bienvenida a la Foro electrónico mundial [WEF] en 2022. Con el fuerte apoyo de CEA, CEA-Leti está trabajando con INRIA para organizar la próxima edición del WEF, que se llevará a cabo en Grenoble del 5 al 7 de octubre de 2022. El WEF es un evento mundial anual por invitación, limitado a 150 participantes. en total, que reúne a la mayor asociación industrial electrónica y digital, así como a actores industriales y decisores políticos.
La edición de 2022 estará centrada en una propuesta de CEA-Leti sobre electrónica digital sostenible como respuesta a múltiples crisis ambientales, geopolíticas y sanitarias, tanto en países desarrollados como emergentes. Será un buen punto de acceso para nosotros y una buena manera de mostrar Grenoble en áreas clave para la innovación tecnológica global, tanto en hardware como en software.
Más de 25 nuevas empresas, incluidas varias de CEA-Leti, exhibirán durante el evento WEF, y se espera una presencia muy fuerte de países líderes en el campo de la electrónica: EE. UU., Japón, China, Corea, Taiwán. También tendremos países con ambiciones en esta área: India, Medio Oriente, países del sudeste asiático.
Se ha invitado a asistir a funcionarios de alto nivel de la Comisión Europea, incluidos thierry bretóny el ministro de Industria de Francia, Bruno Le Maire, ha sido invitado a inaugurar el evento.
