Le silicium sur isolant totalement appauvri (FD-SOI) repose sur un substrat tout à fait unique dont l'épaisseur des couches est contrôlée à l'échelle atomique. FD-SOI offre des performances de transistor remarquables en termes de compromis de puissance, de performances, de zones et de coûts (PPAC), permettant de couvrir des applications numériques de faible puissance à hautes performances avec une plate-forme technologique unique. FD-SOI offre de nombreux avantages uniques, notamment une capacité d'alimentation proche du seuil, une sensibilité extrêmement faible au rayonnement et une vitesse de transmission intrinsèque très élevée, ce qui en fait peut-être la technologie RF-CMOS la plus rapide du marché. Outre ces avantages, FD-SOI est la seule technologie CMOS à offrir la possibilité de contrôler complètement la tension de seuil des transistors de manière dynamique par une polarisation du corps (Figure 1).
Figure 1: Section transversale du FD-SOI et principe de biais du corps.
Afin d'expliquer pourquoi la partialité corporelle est une caractéristique si importante, nous commençons par les problèmes qu'elle aide à résoudre. Dans la recherche d'une efficacité énergétique supérieure, les concepteurs numériques sont confrontés à deux défis principaux. Le premier concerne l'impact des variations, ce qui modifie la spécification réelle de la puce définie par les cas extrêmes de variations (les "coins"). Cela tend à dégrader considérablement le rendement énergétique de la puce (voir figure 2). Par conséquent, pour optimiser l'efficacité énergétique, les ingénieurs produits ont souvent recours à des techniques de compensation (voir Figure 3). La technique de compensation la plus courante est basée sur la mise à l'échelle de tension adaptative (AVS), c'est-à-dire jouer avec le niveau de tension d'alimentation en fonction du centrage du processus de la puce. Cette technique est largement utilisée dans le téléphone mobile pour la compensation de processus, mais elle est fortement limitée dans les marchés de l'automobile et de l'IoT en raison de son impact important en termes de fiabilité, de la difficulté à mettre en œuvre une compensation efficace de la température et du vieillissement et du nouveau savoir-faire spécifique en matière de conception. cela concerne la plupart des entreprises de design.
Figure 2: Principe des variations impact sur l'efficacité énergétique.
Figure 3: Principe des techniques de compensation.
Le deuxième problème réside dans l'optimisation de la consommation d'énergie. Avec les technologies de pointe, la puissance de fuite est probablement devenue le problème le plus critique à résoudre. Il est important d'équilibrer correctement le niveau de fuite avec le niveau de puissance dynamique. Cependant, dans les technologies CMOS en masse, les paramètres de fixation des fuites (Vth, longueur de porte) sont principalement statiques et définis par un processus. Il n'y a donc aucune possibilité d'optimisation adaptative des fuites, sauf en coupant des parties entières du circuit. Le point d'énergie, c'est-à-dire que l'équilibre entre puissance dynamique et puissance de fuite est fixe et ne peut pas être modifié de manière dynamique.
Par son contrôle de la tension de seuil du transistor, la polarisation de la masse agit comme un bouton de commande capable de résoudre la plupart des problèmes susmentionnés auxquels sont confrontés les concepteurs visant l'efficacité énergétique.
Non seulement les variations globales peuvent être atténuées de manière très efficace, mais encore et surtout, les concepteurs peuvent concevoir leurs puces avec des angles de conception réduits pour le processus, la température et le vieillissement, et renforcer le compromis Power-Performance-Area (PPA) à partir de la synthèse.
Figure 4: Impact des techniques de compensation de processus basées sur le biais corporel. Source: Flatresse, ICICDT17
La fuite, qui dépend de manière exponentielle de la tension de seuil, peut maintenant être modifiée de manière dynamique avec une polarisation de corps. L'optimisation de l'énergie peut être réalisée de manière dynamique en jouant simultanément avec la bonne quantité de tension d'alimentation et de polarisation du corps. Le gain d'efficacité énergétique obtenu est double à Vdd nominal et peut être multiplié par 6 à ultra-basse tension.
Pour mettre en œuvre efficacement la polarisation du corps au niveau du circuit, il est nécessaire de modifier l'infrastructure actuelle de gestion de l'énergie, qui utilise uniquement la tension d'alimentation actuelle, pour prendre en charge des solutions de gestion de l'énergie capables de gérer à la fois la tension d'alimentation et la polarisation du corps.
Dolphin Integration collabore avec GF depuis deux ans pour lancer la première plate-forme IP de gestion de l'énergie au monde. Cette plate-forme IP de gestion de l'alimentation, maintenant éprouvée dans 22FDX, consiste en un ensemble cohérent de régulateurs de tension configurables, d'une unité de gestion de l'alimentation évolutive et modulaire (unité logique / unité de gestion de l'alimentation (PMU)), de Power IO et de contrôle d'îlot et de contrôle de tension.
Pour permettre aux concepteurs de SoC d'exploiter tout le potentiel PPAC de FD-SOI pour leur SoC, les sociétés explorent maintenant l'extension de cette plate-forme IP de gestion de la consommation pour permettre le contrôle dynamique de l'alimentation et des biais corporels. Cette plate-forme IP de gestion de l'alimentation étendue exploitera les solutions de polarisation corporelle existantes tout en les complétant avec des générateurs de polarisation corporelle optimisés pour les applications et des techniques de surveillance avancées (voir Figure 5).
Figure 5: Infrastructure de gestion de l'alimentation actuelle de Dolphin et projet en cours pour inclure les biais corporels. Source: F. Renoux, Consortium SOI, Shanghai 2018.
La présence de ce type de solutions disponibles sur le marché est à l'origine de la proposition de valeur pour le PPA de FD-SOI surpassant toute autre technologie en matière de faible consommation d'énergie et d'efficacité énergétique.
source :
https://blog.globalfoundries.com/fd-soi-body-bias-creates-unique-differentiation /
