Fraunhofer-Institut für Elektronische Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFTDie FDSOI-Technologie (Fully Depleted Silicon On Insulator) ist bekannt für ihren außergewöhnlich geringen Stromverbrauch, ihre Designflexibilität, ihre Strahlungsbeständigkeit, ihre starke HF-Leistung und ihren integrierten nichtflüchtigen Speicher. Das SOIL-Projekt („Solidify the European FDSOI Ecosystem Accelerating its Industrial Deployment“) zielt darauf ab, den industriellen Einsatz fortschrittlicher FDSOI-Technologien in ganz Europa voranzutreiben.
FDSOI IP-Blöcke für Europas Halbleitersouveränität
Fraunhofer EMFT bringt seine Expertise in der Chipintegration im SOIL-Projekt ein
Neuromorphe Chips
Das SOIL Projekt
SOIL ist eine bedeutende europäische Initiative, die darauf abzielt, die strategischen Halbleiterkompetenzen Europas durch die Weiterentwicklung von FDSOI-Technologien der nächsten Generation zu stärken. Das SOIL-Konsortium vereint Halbleiterhersteller, Forschungsinstitute, EDA-Technologieanbieter und Industriepartner aus ganz Europa und fördert so das europäische Ökosystem für FDSOI.
Das SOIL-Projekt wird vom Programm „Horizon Europe“ der Europäischen Union im Rahmen der Fördervereinbarung HORIZON KDT JU 2023 1 IA Nr. 101139785 gefördert.
Fraunhofer EMFT als ein Teil des SOIL Projektes
Als Leiter des Arbeitspaketes 3 (WP3) im SOIL-Projekt koordiniert das Fraunhofer EMFT die Entwicklung eines analogen Frontends mit extrem niedrigem Stromverbrauch für Keyword Spotting (KWS)
Im Rahmen dieses Arbeitspakets entwickelt das Fraunhofer EMFT einen extrem stromsparende analogen KWS-Frontend, das in der 22FDX-Technologie von GlobalFoundries implementiert ist. Das Konzept ist jedoch technologieunabhängig und lässt sich auf jede CMOS-Plattform übertragen, auf der energieeffiziente analoge Verarbeitung erforderlich ist.
Warum KWS mit extrem niedrigem Stromverbrauch?
Viele moderne Geräte erfordern eine ständig aktive akustische Wahrnehmung, zum Beispiel:
- Sprachgesteuerte Benutzeroberflächen
- Smart-Home-Assistenten und IoT-Geräte
- Batteriebetriebene Sensoren in Wearables oder zur Umgebungsüberwachung
- Geräte, die wachsam bleiben müssen, ohne den Akku zu entladen
Herkömmliche digitale KWS-Systeme stützen sich stark auf ADCs und DSP-Blöcke, die selbst dann erhebliche Energie verbrauchen, wenn kein Sprachbefehl gesprochen wird. Im Gegensatz dazu verfügt ein neuromorphes analoges Frontend über Funktionen, die einen echten Always-on- Betrieb ermöglichen:
- Verarbeitung von Schall auf ereignisgesteuerte Weise
- Extraktion nur der wesentlichen akustischen Merkmale
- Deutlich reduzierte Datenrate und Rechenaufwand
- Mehrjähriger Batterielaufzeit oder Energy Harvesting
Diese Fähigkeiten sind entscheidend für Edge-Geräte mit extrem geringem Stromverbrauch, die kontinuierlich zuhören müssen, ohne die Batterielebensdauer zu beeinträchtigen.
Technologische Highlights
- Analoge Extraktion akustischer Merkmale, inspiriert von Mechanismen der Cochlea
- Umwandlung in eine spikebasierte Darstellung für Spiking Neural Networks
- Vollständig asynchroner Betrieb für hohe zeitliche Genauigkeit
- Angestrebter Stromverbrauch im Sub-µW-Bereich für Always-on-Anwendungen
- Entwickelt in 22FDX mit einer Architektur, die auf andere Technologieknoten übertragbar ist
Dissemination und erste Ergebnisse
Präsentation von WP3 Aktivitäten des SOIL Projektes auf der IP-SoC 2024 Konferenz
(Fraunhofer EMFT / Damian Panter):
SOIL Publikation auf der NORCAS 2025 Konferenz
(Fraunhofer EMFT / Damian Panter):
- An Ultra-Low Power Bandpass Filter Bank with Input and Output Common-Mode Feedback in FD-SOI (publica.fraunhofer.de)