Le consortium développe des modèles de transistors cryogéniques 4K et 77K ...

Le consortium CryoCMOS financé par Innovate UK, dirigé par sureCore Ltd, rapporte qu'il a créé avec succès de nouveaux modèles de transistors de qualité PDK caractérisés pour un fonctionnement cryogénique 4K et 77K. SureCore les utilise pour développer une IP de base clé pour permettre la conception d'ASIC de cryo-contrôle à utiliser dans l'espace informatique quantique. La clé pour soutenir cette activité était les mesures cryogéniques précises entreprises par Incize de Louvain-la-Neuve, Belgique.

Le défi posé par l'informatique quantique (QC) que ce projet cherche à relever est le contrôle efficace des qubits qui ne fonctionneront qu'à des températures cryogéniques, typiquement autour de 4K, dans l'enceinte d'un cryostat. L'électronique de contrôle nécessaire pour manipuler les qubits est souvent située à l'extérieur du cryostat et ne peut actuellement fonctionner qu'à une température proche de la température ambiante. En effet, les puces en silicium ne sont spécifiées que pour fonctionner de -40°C à 125°C (233K à 398K). La connexion des deux nécessite un câblage coûteux et volumineux, et la quantité de câblage requise pour tous les qubits présente un obstacle fondamental à la mise à l'échelle QC en dehors de l'impact inhérent sur la latence.

Si QC veut atteindre son potentiel, il est essentiel d'augmenter le nombre de qubits. La seule solution est de co-localiser l'électronique de contrôle avec les qubits dans le cryostat. Cependant, étant donné la plage de température restreinte des puces de silicium actuelles, ce n'est actuellement pas une option. L'objectif de ce projet est de comprendre et de modéliser les changements de comportement des transistors à des températures cryogéniques, de produire une suite de modèles de transistors requalifiés, puis de les utiliser pour concevoir un portefeuille de CryoCMOS IP afin de faciliter le développement de puces personnalisées pouvant s'interfacer directement avec les qubits. à l'intérieur du cryostat à des températures cryogéniques.

L'un des paramètres clés des transistors affectés par la chute des températures est la tension de seuil (Vt). Lorsque la température est abaissée, le Vt augmente considérablement, poussant la sélection des transistors vers des variantes à Vt bas et très bas (LVt/SLVt). Afin de faciliter davantage ce défi de conception, le nœud de processus GLOBALFOUNDRIES 22nm FDSOI (22FDX) a été sélectionné pour ce projet. FDSOI est un choix technologique idéal qui permet une conception cryogénique optimale en permettant d'ajuster la tension de seuil en modifiant la polarisation inverse.

La clé pour obtenir des modèles de transistors cryogéniques précis était la sélection d'un partenaire capable d'effectuer des mesures de transistors individuels. Paul Wells, PDG de sureCore, a déclaré : « Nous avons choisi Incize car c'est l'une des rares sociétés commerciales spécialisées dans les mesures précises de transistors cryogéniques dans les conditions difficiles d'un cryostat. Vous ne pouvez pas simplement réorganiser les sondes sur puce à volonté dans un Cryostat 4K."

Mostafa Emam, PDG d'Incize, a déclaré : « Nous avons travaillé avec sureCore et SemiWise sur ce projet pour fournir nos services de caractérisation des températures cryogéniques. Incize propose une large gamme de services d'activation technologique, notamment la caractérisation et la modélisation pour une large gamme d'applications et l'optimisation des processus de fabrication. vers des dispositifs semi-conducteurs à hautes performances."

Les données de mesure ont été utilisées par SemiWise pour développer de nouveaux modèles de transistors, y compris des transistors typiques-typiques (TT) ainsi que des coins (lent-lent, SS et rapide-rapide, FF) qui permettront une conception de circuit fiable pour une utilisation à 4K et 77K . Le professeur Asen Asenov, PDG de SemiWise, a expliqué : « Le CMOS standard se caractérise par les paramètres de performance habituels de -40°C à +125°C. Ainsi, ramener le CMOS standard à 4K ou -270°C est une étape majeure vers un nouveau territoire. où les caractéristiques de fonctionnement des transistors changent considérablement."

Une combinaison de données de mesure et de simulation est utilisée par SemiWise pour recentrer les modèles SPICE de transistor de fonderie pour les températures cryogéniques afin que le nœud 22FDX puisse être utilisé pour une conception de circuit cryogénique fiable. La technologie de recentrage SemiWise brevetée permet le développement de modèles de transistors typiques et d'angle ainsi que de modèles statistiques de discordance, tous essentiels au processus de conception de SRAM. Sur la base de ces modèles de transistors cryogéniques recentrés, sureCore exploite son expertise en matière de conception basse consommation pour développer une suite d'IP de base à puissance optimisée comprenant des cellules standard, SRAM, ROM et des fichiers de registre. La faible consommation d'énergie est un critère de conception essentiel pour l'espace QC, car la consommation d'énergie se traduit par des effets de chauffage indésirables qui imposent des charges de refroidissement supplémentaires au cryostat.

Innovate UK a accordé une subvention de 6,5 millions de livres sterling au consortium CryoCMOS. Ce projet contribuera à mettre la cryo-IP à la disposition de toutes les entreprises britanniques de contrôle qualité afin qu'elles soient accélérées dans la course pour fournir des solutions de contrôle qualité et permettre au Royaume-Uni d'être considéré comme un centre d'excellence pour le contrôle qualité. En formant une équipe de leaders britanniques clés dans le domaine du CQ, le projet espère pouvoir obtenir des résultats en moins de trois ans au lieu des nombreuses années qu'il faudrait pour travailler en tant qu'individus.

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