Fejlesztés úttörő és energiahatékony mesterséges intelligencia innovatív ferroelektromos technológiával

Szinergiák és kiegészítő kompetenciák az EU és Korea ViTFOX-konzorciumai között. © ETH Zürich / Szinergiák és kiegészítő kompetenciák, amelyek egyesítik az EU és a koreai ViTFOX-konzorciumokat. © ETH Zürich

Partner im ViTFOX-Projektkonsortium. © ETH Zürich / Konsortiumspartner im ViTFOX-Projekt. © ETH Zürich

Amikor a mesterséges intelligencia (MI) egyre inkább alkalmazásra kerül olyan szektorokban, mint az egészségügy, az önvezető járművek és az intelligens városok, a hagyományos számítógépes architektúrák jelentős határokat feszegetnek a feldolgozási sebesség és az energiahatékonyság terén. Az „ViTFOX” projekt nyolc európai és koreai partnert fog össze, hogy egy áttörést jelentő Vision-Transformer architektúrát fejlesszen ferroelektromos oxid alapokon, amely jelentős mértékben csökkenti az energiafogyasztást és a késleltetési időt. A hagyományos architektúrákkal ellentétben, amelyek gyakran külön memória- és feldolgozó egységeken alapulnak, a ViTFOX célja, hogy az adatfeldolgozást közvetlenül a memóriába integrálja, így elérve a 50 TOPS/W feletti energiahatékonyságot. Az Európai Unió 1,5 millió euróval támogatja a projektet.

A hagyományos számítógépes architektúrák korlátozottak a hatalmas adatmennyiség feldolgozásában, amely a mai digitális környezetben keletkezik, különösen a feldolgozási sebesség és az energiahatékonyság szempontjából. A neuromorf rendszerek, amelyek az emberi agy működését próbálják utánozni, speciális hardvereket, például ferroelektromos eszközöket használnak a számítások hatékonyabb végrehajtására, lehetővé téve valós idejű feldolgozást és döntéshozatalt. Ez a megközelítés nemcsak növeli az MI alkalmazások, például a képfelismerés és a természetes nyelv feldolgozása teljesítményét, hanem csökkenti az energiafogyasztást is, így fenntartható megoldást kínál a jövő technológiái számára.

A ViTFOX projekt élvonalbeli szerepet tölt be az MI energiahatékony neuromorf számítórendszerek fejlesztésében. A projekt központi eleme a Vision-Transformer (ViT) architektúra, amelynek célja, hogy összetett MI számításokat végezzen alacsonyabb energiafelhasználással. A Vision Transformer egy olyan neurális hálózati architektúra, amely hatékonyabban dolgozza fel a vizuális adatokat, mint a hagyományos módszerek. A projekt célja egy olyan ViT kifejlesztése, amely ferroelektromos oxid anyagokat használva kiemelkedő, 50 TOPS/W feletti energiahatékonyságot ér el. Ez a küszöbérték döntő jelentőségű az MI-vel támogatott edge alkalmazások számára. „Szeretnénk bővíteni a jelenlegi technológia határait platformok fejlesztésével a hardver-szoftver ko-optimálására, új anyagok és integrációs módszerek alkalmazásával. Ezek nemcsak az MI teljesítményét növelhetik, hanem fenntartható energiafelhasználást is biztosítanak” – mondja Prof. Dr. Kámpfe Tamás, a Fraunhofer IPMS projektvezetője, a konzorcium egyik partnere. „Fontos hozzájárulást kívánunk tenni a félvezetőiparhoz azzal, hogy megoldjuk az új memória technológiák technikai kihívásait, valamint a társadalmi igényt az energiahatékony számítástechnikai megoldások iránt” – teszi hozzá.

Európai és koreai együttműködés a technológia jelentős fejlesztése érdekében

A ViTFOX konzorcium összesen nyolc partnerből áll, akik vezető kutatóintézetek, egyetemek és technológiai fejlesztő laboratóriumok képviselői Európából és Koreából. A projekt célja, hogy megerősítse az EU és Korea vezető pozícióját a szilícium-kompatibilis ferroelektromos elektronika területén, különösen hafnium-alapú anyagokban. Ez a terület már jelentős úttörő munkát végzett Európában, és most nagy érdeklődést váltott ki a koreai kutatók körében. A projekt a jelenlegi szintet meghaladó technológiát fog fejleszteni az anyagoktól és alkatrészektől kezdve a heterogén és monolitikus integráción át a ViT áramkörök és rendszerek tervezéséig és szimulációjáig. Különösen fontos, hogy a projekt a ferroelektromos anyagok legújabb fejlesztéseit, különösen a hafnium-zirconium-oxid (HZO) anyagot hasznosítja. Ez az anyag kompatibilis a hagyományos szilícium-alkatrészekkel, így ígéretes megközelítés a memóriaelemek fejlesztéséhez és az energiafogyasztás csökkentéséhez.

Három fő cél a ViT komponenseinek fejlesztésére és gyártására irányul. Terveznek egy számítási memória-demonstrátort, egy áramkör szintű szimulátort, valamint egy platformot a hardver és szoftver közös optimalizálására ferroelektromos oxidokkal. A platform támogatni fog két típusú új memóriát: a Koreában kifejlesztett magas sűrűségű 3D FeRAM-ot és az Európában kifejlesztett epitaxiális ferroelektromos alagutakötéseket. A szoros együttműködés lehetővé teszi a partnerek számára, hogy összekapcsolják szakértelmüket az anyagtudomány, félvezető technológia és mesterséges intelligencia területein, hogy bővítsék ennek a feltörekvő szektornak a határait. További információk a hivatalos projektweboldalon, a www.vitfox.eu címen találhatók.

Fraunhofer IPMS a projektben

A Fraunhofer IPMS fontos partner a ViTFOX projektben, és széles körű szakértelmét nyújt neuromorf rendszerek és félvezető technológiák terén. A Fraunhofer IPMS a fejlett anyagok és eszközök fejlesztésére összpontosít neuromorf számítógépes alkalmazásokhoz, különösen ferroelektromos anyagok felhasználásával. Ide tartozik új ferroelektromos alagutak (FTJ-k) tervezése és tesztelése, valamint ezeknek az eszközöknek a integrálása funkcionális prototípusokba. A legmodernebb tisztatereiben a Fraunhofer IPMS segíti a ferroelektromos technológiák méretezését és optimalizálását, biztosítva, hogy ezek megfeleljenek az energiahatékony számítógépes rendszerek szigorú követelményeinek.

Projektpartnerek:

– ETH Zürich
– Silicon Austria Labs
– Demokritos Nemzeti Tudományos Kutatóközpont
– Szöuli Nemzeti Egyetem
– Hanyang Egyetem (Korea)
– Kookmin Egyetem
– Soongsil Egyetem