Sviluppo di intelligenze artificiali rivoluzionarie ed energeticamente efficienti con tecnologia innovativa ferroelettrica

Sinergie e competenze complementari tra i consorzi ViTFOX dell'UE e della Corea. © ETH Zurigo / Synergies and complementary competences uniting ViTFOX EU and Korean consortia. © ETH Zurigo

Partner nel consorzio del progetto ViTFOX. © ETH Zürich / Partner del consorzio nel progetto ViTFOX. © ETH Zürich

Quando l'intelligenza artificiale (IA) viene sempre più impiegata in settori come la sanità, la guida autonoma e le città intelligenti, le architetture informatiche tradizionali incontrano limiti significativi in termini di velocità di elaborazione ed efficienza energetica. Il progetto »ViTFOX« riunisce otto partner provenienti dall'Europa e dalla Corea per sviluppare un'architettura rivoluzionaria di Vision-Transformer basata su ossido ferroelettrico, che consenta una significativa riduzione del consumo energetico e della latenza. A differenza delle architetture convenzionali, che spesso si basano su unità di memoria e di elaborazione separate, ViTFOX mira a integrare l'elaborazione dei dati direttamente nella memoria, raggiungendo così una migliore efficienza energetica di 50 TOPS/W. L'Unione Europea sostiene il progetto con 1,5 milioni di euro.

Le architetture di calcolo tradizionali sono limitate nella gestione delle enormi quantità di dati generate dall'attuale panorama digitale, in termini di velocità di elaborazione ed efficienza energetica. I sistemi neuromorfi, cioè sistemi che imitano il funzionamento del cervello umano, utilizzano hardware specializzato, come dispositivi ferroelettrici, per eseguire calcoli in modo più efficiente e permettere l'elaborazione in tempo reale e la presa di decisioni. Questo approccio non solo aumenta le prestazioni di applicazioni IA come il riconoscimento delle immagini e l'elaborazione del linguaggio naturale, ma riduce anche il consumo energetico, rendendolo una soluzione sostenibile per le tecnologie future.

Il progetto ViTFOX si colloca all'avanguardia nel promuovere l'IA attraverso lo sviluppo di sistemi di calcolo neuromorfi energeticamente efficienti. Il cuore del progetto è l'architettura Vision-Transformer (ViT), che mira a eseguire calcoli IA complessi con un minor consumo di energia. I Vision Transformer sono un tipo di architettura di rete neurale che elabora i dati visivi in modo più efficace rispetto ai metodi tradizionali. Il progetto si propone di sviluppare un ViT che utilizzi materiali ferroelettrici per raggiungere un'efficienza energetica eccezionale superiore a 50 TOPS/W. Questo limite è cruciale per le applicazioni IA edge. «Vogliamo ampliare i confini della tecnologia attuale sviluppando piattaforme di co-ottimizzazione hardware-software, materiali innovativi e metodi di integrazione. Questi non solo miglioreranno le prestazioni dell'IA, ma garantiranno anche un consumo energetico sostenibile», afferma il Prof. Dr. Thomas Kämpe, responsabile del progetto presso il Fraunhofer IPMS, uno dei partner del consorzio. «Vogliamo contribuire significativamente all'industria dei semiconduttori affrontando sia le sfide tecniche delle nuove tecnologie di memoria sia il fabbisogno sociale di soluzioni informatiche efficienti», aggiunge.

Collaborazione tra Europa e Corea per migliorare significativamente lo stato dell'arte

Il consorzio ViTFOX è composto complessivamente da otto partner provenienti da istituzioni di ricerca di primo piano, università e laboratori di sviluppo tecnologico di Europa e Corea. Il progetto mira a rafforzare la posizione di leadership dell'UE e della Corea nel campo dell'elettronica ferroelettrica compatibile con il silicio a base di hafnio. Questo settore ha già compiuto molte innovazioni pionieristiche in Europa ed è ora di grande interesse per i ricercatori coreani. Il progetto avanzerà la tecnologia oltre lo stato attuale, lungo tutta la catena del valore, dai materiali e componenti, alla integrazione eterogenea e monolitica, fino alla progettazione e simulazione di circuiti e sistemi ViT. È di particolare importanza, poiché beneficia degli ultimi progressi nei materiali ferroelettrici, in particolare ossido di zirconio di hafnio (HZO). Poiché si è dimostrato compatibile con i tradizionali componenti in silicio, rappresenta un approccio promettente per migliorare i dispositivi di memoria e ridurre il consumo di energia.

Tre degli obiettivi del progetto sono focalizzati sullo sviluppo e la produzione delle componenti principali del ViT. Sono previsti un dimostratore di calcolo in memoria, un simulatore a livello di circuito e una piattaforma di co-ottimizzazione hardware-software con ossidi ferroelettrici. La piattaforma supporterà due tipi di nuove memorie: il FeRAM 3D ad alta densità sviluppato in Corea e le connessioni tunnel ferroelettriche epitassiali sviluppate in Europa. La stretta collaborazione permetterà ai partner di unire le proprie competenze nei campi della scienza dei materiali, della tecnologia dei semiconduttori e dell'intelligenza artificiale, per spingere avanti i limiti di questo settore emergente. Maggiori informazioni sulla collaborazione sono disponibili sul sito ufficiale del progetto www.vitfox.eu.

Fraunhofer IPMS nel progetto

Il Fraunhofer IPMS è un partner chiave nel progetto ViTFOX, portando la sua vasta esperienza in sistemi neuromorfi e tecnologie dei semiconduttori. L'IPMS si concentra sullo sviluppo di materiali avanzati e dispositivi per applicazioni di calcolo neuromorfo, in particolare utilizzando materiali ferroelettrici. Ciò include la progettazione e il test di innovativi tunnel ferroelettrici (FTJ) e l'integrazione di questi componenti in prototipi funzionali. Grazie al suo ambiente di produzione all'avanguardia, l'IPMS faciliterà la scalabilità e l'ottimizzazione delle tecnologie ferroelettriche, garantendo che soddisfino i severi requisiti di sistemi informatici energeticamente efficienti.

Partner del progetto:

– ETH Zurigo
– Silicon Austria Labs
– Centro Nazionale di Ricerca Scientifico Demokritos
– Università Nazionale di Seoul
– Università Hanyang (Corea)
– Università Kookmin
– Università Soongsil