CEA-Leti 的 Sébastien Dauvé：突破 FD-SOI 极限

当 Sebastien Dauvé 于 2021 年 7 月 1 日就任 CEA-Leti 总监时，他带来了 20 多年的微电子经验，包括基础技术及其应用。他的工作跨越多个领域，包括清洁交通、未来医学、网络安全和电力电子。

EE Times Europe 在法国格勒诺布尔的 CEA-Leti 总部与 Dauvé 坐下来讨论法国和整个欧洲的应用研究。

EE Times Europe：当今和不久的将来半导体的主要应用领域是什么？塑造该行业的趋势是什么？

塞巴斯蒂安·道韦： 显然，人工智能已经开始造成重大颠覆，而且这种颠覆在未来还将加速。在 CEA-Leti，我们相信边缘人工智能也将在未来几年得到大规模发展。为此，一方面需要真正了解应用，另一方面需要开发能耗极低的电子产品。我们开发用于人工智能推理的电子产品，消耗非常非常少的能源。

过去 60 年来一直运行良好的冯诺依曼架构将无法满足未来的需求。 [In the classical computing model,] 在内存和计算之间传输数据花费了太多时间。新一代架构正在兴起，使内存和计算更加接近，这一想法确实具有颠覆性。这些架构依赖于可以直接放置在晶体管上的新型存储器。

我们非常关注材料和架构以及它们的使用方式。有时它们会用在传感器中，因此我们需要了解测量的内容以及如何以非常低的功耗处理数据。为了找到最佳解决方案，我们经常从生物系统中汲取灵感。

我们与整个价值链合作。我们研究应用程序以了解它们需要做什么，我们还研究支持这些应用程序的设备，甚至这些设备的制造材料。汽车行业就是一个很好的例子，从基板到应用的一切都必须进行优化，以满足性能和功耗方面的严格要求。

另一个重要的应用领域是电信领域。我们已经有团队致力于 6G，这将需要更高的频率——100 GHz 甚至更高。与内存计算一样，这将要求我们重新审视材料和架构。

医疗保健行业是半导体的另一个大应用领域。您可以在智能手表和其他连接设备上看到这一点。这种趋势将持续下去，在未来 10 年里，我们将看到人们身上和周围有更多的传感器。医疗保健领域的挑战之一是任何开发设备的人都必须经过该行业固有的严格认证流程。

医疗保健是 Leti 非常关注的领域，也是我们推出初创公司的领域。我们更值得注意的成就之一是我们与格勒诺布尔周围生态系统的合作伙伴所做的工作，帮助截瘫患者行走。我们开发了一种设备，可以记录当一个人想走路时大脑产生的电信号。然后，无线电信号被传输到神经刺激器，该神经刺激器连接到位于控制腿部运动的脊髓部分上方的一系列电极。这项工作引起了广泛关注，并提高了人们对电子设备在医疗保健领域的作用的认识。

EE Times Europe：Leti 如何融入欧洲半导体生态系统？

道韦： 显然，欧洲在应对我们当今面临的重要社会挑战（气候变化、主权、人口老龄化、网络安全等）方面非常积极主动。

多年来，CEA-Leti 一直是技术研究领域的重要参与者，我们很自豪能够为 100 多个合作项目做出贡献，这些项目使我们能够推进欧洲技术并与众多学术和工业合作伙伴合作。这些项目不仅涉及微电子领域，还涉及众多应用领域，例如电信、汽车、航空、医疗保健和先进制造。

为了应对欧洲芯片法案的挑战，我们希望突破 FD-SOI 的极限 [fully depleted silicon-on-insulator]，这是欧洲技术。 FD-SOI 正在赢得市场份额，并且在某些领域非常有用，包括汽车、互联设备、医疗、能源和工业应用。我们的作用是准备下一代技术，并继续围绕它开发一个生态系统，包括从设计师到最终用户的每个人。

就我们而言，我们正在为下一代 10 纳米和 7 纳米芯片做好准备，这些芯片将于 2030 年上市。我们将建造一个新的洁净室，将于 2025 年初投入运营。法国 2030投资计划使我们能够快速推进。我们的项目应该成为参考试点之一。

EE Times Europe：您在半导体元件预工业化方面的主要优势是什么？

多韦： 首先，我们很幸运拥有高水平的多学科团队，他们知道如何为许多应用领域部署不同类型的系统。这使我们能够在材料、工艺、设备、架构和设计方面进行创新。

我们的合作伙伴经常向我们反馈，我们的技能既非常广泛又非常专业。能够每天在 CEA-Leti 与忠诚的、全球认可的专家和工程师互动，让我感到非常自豪。

除了专业知识之外，我们还提供与我们的设备相关的前工业化环境，包括我们的洁净室。我们可以创建先进的原型并对其进行高精度表征和测试。我们拥有 700 多台设备（适用于 100 毫米、200 毫米以及越来越多的 300 毫米），提供广泛的工艺范围。在这里，我们的工程师和操作员在设备和应对工业化挑战方面都是专家。

EE Times Europe：您在人工智能领域正在研究哪些领域？您的优势和贡献是什么？

多韦： 我们人工智能专家的使命是以低成本在超小型化系统中将高性能计算能力与低能耗结合起来。 2019年，我们启动了一项计划，以响应行业成功将人工智能迁移到边缘的迫切需求。该计划通过各种合作伙伴关系汇集了约 50 名多学科专家，体现了开发支持边缘人工智能的硬件和软件解决方案所需的所有技能。目标是定制高度可靠和低功耗的解决方案 [by] 利用受神经网络启发的新方法并结合数字和模拟技术。

我们在内存计算方面的优势使我们能够开发受神经启发的架构并探索新的编程模型。我们拥有电阻式非易失性存储器（包括 OxRAM）方面的专业知识 [metal oxide resistive memory] 和相变材料 [phase-change memory]，可以被增量机器学习等高级算法使用。与当前需要庞大学习数据库的人工智能解决方案不同，未来的边缘人工智能解决方案将能够逐步且经济地学习。

我们边缘人工智能项目的研究工程师正在与生物学家和认知心理学研究人员合作，从生活世界中节能且具有令人难以置信的适应能力的工作机制中汲取灵感。他们正在开发神经形态硬件系统，配备人工神经元和突触，优化能耗交互。

EE Times Europe：Leti 提高计算能力的方法是什么？

多韦： 当然，摩尔定律和减小晶体管尺寸仍然是提高计算能力的重要途径。在 CEA-Leti，我们正在突破 FD-SOI 对于嵌入式应用的限制。我们也是新架构的先驱，例如 GAA [gate-all-around]，我们于 2006 年在 IEDM 上首次发表了有关该主题的文章。最近，我们与英特尔签署了合作协议，探索 2D 材料的使用。

此外，莱蒂确信这种扩展已经不够了。在系统层面，我们需要引入专门针对特定任务进行优化的异构电路，例如视觉、人工智能、退火器和量子加速器。我们需要为这些电路带来更多的计算能力和效率。

这一趋势得到了计算系统和 3D 集成的“小芯片化”的支持。这就是为什么早在 2020 年，Leti 就展示了带有六个 3D 堆叠小芯片的 96 核处理器。 3D 集成将在系统级别实现更强的计算能力和更高的带宽。