CEA-Leti和Dolphin Design已开发出适用于FD-SOI芯片的自适应反偏压(ABB)架构,该架构可通过工业级认证无缝集成到数字设计流程中,从而克服了现有ABB技术的集成缺点。

 

绝缘体上完全耗尽的硅(FD-SOI)是一项技术,该技术允许对用作背栅的晶体管主体进行偏置。与传统的批量技术不同,FD-SOI可以实现宽范围的人体偏置电压。这样可以通过控制阈值电压来补偿过程,电压和温度(PVT)的变化。例如,在开关操作中,当开关处于接通状态时,通过减小阈值电压并允许更多的电流通过来改变体偏置以减小导通电阻。这加速了电路。在截止状态下,通过增加阈值电压来改变体偏置以提高截止电阻,从而减小了泄漏电流。这表明FD-SOI技术可用于加速设计或降低泄漏功率。

 

新型ABB技术在ISSCC 2021上的论文中提出,还允许应用设计在各种工作条件(例如温度,制造可变性和电源电压)下维持目标工作频率。与不使用主体偏置技术的技术相比,该架构可将22nm FD-SOI技术的处理器能耗降低多达30%,并将工作频率提高至450%。它还提高了生产良率。

 

GaëlPillonnet说:“ ABB的开发是FD-SOI技术的突破,因为它显示了有史以来的首次成果,描述了使用ABB之后电路性能的增强,并且将有助于提高FD-SOI设计的性能和良率。”一位CEA-Leti科学家和论文作者,“具有2221 FD-SOI技术的可扩展驱动器的0.021mm²感知PVT的数字流兼容自适应反向偏置稳压器,可实现450%的频率提升和30%的功耗降低。”

 

ABB由Dolphin Design进行商业化,Dolphin Design是法国领先的模块化和节能IP,平台和片上系统(SoC)公司。它基于CEA-Leti的概念验证,该概念验证由Dolphin Design进行了改进和工业化,突显了该研究所与其工业合作伙伴之间卓有成效的合作,并致力于将创新设计转移到工业领域。

 

“我们的ABB IP的性能是最先进的,并在代表性数量的样本上显示了对过程电压-温度(PVT)条件的变化的补偿,从而使该解决方案能够在工业产品中使用,” Andrea Bonzo说,Dolphin Design的IP程序经理。“这项技术的先前努力仅报告了能够达到预期性能的有限数量的芯片。使用我们的技术,可以显示大量芯片可以正常工作。ABB用途广泛,可用于驱动大型数字区域,而不受任何FD-SOI技术的限制。”

 

根据该论文,“众所周知的自适应反向偏置(ABB)技术已经显示出通过根据工艺拐角和温度补偿VTH的可变性来降低功耗或/和维持工作频率的能力。但是,以前发布的ABB体系结构提供了关于如何将ABB无缝集成到具有工业级认证的数字设计流程中的概述。我们提出了一种可重用的ABB-IP,适用于0.4-100mm²的任何偏置数字负载,并具有低面积和低功耗的特性,例如分别为1.2%@ 2mm²和0.4%@ 10mm²。”

 

与应用程序设计相比,通过这种新架构,ABB区域相对较小,并且在面积和功耗上都允许应用程序设计以相对较低的开销维持其目标速度(频率)。