Energisnåla konfigurerbara kiselfotoniska kopplingar för AI
- Diarienummer
- STP25-0082
- Projektledare
- Gylfason, Kristinn
- Start- och slutdatum
- 260801-310731
- Beviljat belopp
- 0 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
Den snabba utvecklingen av AI-modeller begränsas nu av hårdvarurestriktioner, särskilt energi- och bandbreddsbegränsningarna i konventionella elektriska sammankopplingar. Vi kommer att använda den kisel-fotoniska MEMS-teknik som vårt team har utvecklat för att etablera ett nytt paradigm för sampaketerad optik (CPO) baserat på optoelektroniska interposers. Placerad direkt under elektroniska chiplets ersätter den kisel-fotoniska plattformen hastighetsbegränsande elektriska banor med programmerbar kisel-fotonik. Detta möjliggör konfigurerbar optisk sammankoppling med låg latens mellan processorer och minne. Projektet har tre huvudmål: Utveckling av interposer: Skapandet av ett nätverk av elektrostatiska och piezoelektriska fotoniska kisel-MEMS för ultralåg effektförbrukning och snabb omkonfigurering. ASIC-design: Utveckling av en kontroll-ASIC för parallell styrning av MEMS-element. Systemvalidering: Demonstration av en paketerad prototyp baserad på IMEC:s iSiPP50G-process med anpassad MEMS-efterbearbetning. Samarbetet nyttjar expertis från KTH (Sverige) inom kisel-fotonisk MEMS och paketering, tillsammans med ledande forskning från NTHU (Taiwan) inom piezoelektriska MEMS och ASIC-integration. Vi kommer att leverera den första valideringen av en sådan interposer, vilket höjer teknologins TRL från 2 till 4. Resultaten adresserar flaskhalsar i AI-hårdvara, främjar hållbar infrastruktur och stärker strategiska MEMS-, fotonik- och halvledarindustrier i både Sverige och Taiwan.
Populärvetenskaplig beskrivning
Artificiell intelligens (AI) har blivit en central del av våra liv och driver allt från medicinska genombrott till de digitala assistenterna i våra fickor. Men bakom kulisserna håller den fysiska hårdvaran som driver AI på att nå sina gränser. Inuti dagens mest kraftfulla datorer skickas information mellan chip via extremt tunna koppartrådar. I takt med att AI-modeller blir större och mer komplexa har dessa elektriska ”vägar” blivit för långsamma och för energikrävande. De genererar enorma mängder värme och utgör flaskhalsar som hindrar processorn från att snabbt få tillgång till den data den behöver. Detta kallas ofta för ”minnesväggen”. Vårt projekt syftar till att ersätta dessa elektriska flaskhalsar med ljus. Vi utvecklar en konfigurerbar optoelektronisk ”interposer” – ett högteknologiskt substrat som sitter direkt under datorchippen och kopplar ihop dem med varandra. Istället för att flytta elektroner genom koppar använder vi fotoner (ljus) för att bära data. Ljus kan transportera mycket mer information, betydligt snabbare och med mycket mindre värmeutveckling. Genom att placera denna ”optiska växel” direkt under processorn tar vi bort den sista sträckan av långsamma elkablar och låter data flöda med ljusets hastighet mellan chippen. För att styra detta ljus använder vi kisel-fotonik och mikroelektromekaniska system (MEMS). Detta är mikroskopiska mekaniska strukturer som kan dirigera ljussignaler med extrem precision. De drar bara ”femtowatt” i effekt – en mängd så försumbar att den knappt är mätbar. I slutändan kommer vårt tillvägagångssätt bidra till att göra AI mycket grönare och mer hållbart. Arbetet är ett gemensamt projekt mellan två världsledande teknikcentrum: KTH i Sverige och National Tsing Hua University (NTHU) i Taiwan. Det svenska teamet bidrar med expertis i design av de mikroskopiska rörliga delarna och den specialiserade paketeringen som skyddar dem. Dessutom är svensk industri världsledande inom tillverkning av de MEMS-strukturer som är avgörande för denna metod. Det taiwanesiska teamet leder utvecklingen av kontrollchippet (systemets ”hjärna”) och de avancerade tillverkningsmetoderna för att sätta ihop allt. Vid slutet av detta femåriga projekt förväntar vi oss att bevisa att tekniken fungerar i verkligheten. Detta kommer att hjälpa Sverige och Taiwan att förbli i framkanten av MEMS-, fotonik- och halvledarindustrin, samtidigt som vi utbildar nästa generation forskare för att lösa de största utmaningarna inom datorteknik.