人工智能（AI）时代的到来，正推动着各行各业实现前所未有的创新，但与此同时，也给高性能计算（HPC）领域带来了巨大的挑战。功耗和性能需求的指数级增长，使得HPC领域必须寻求新的突破。据预测，到2030年，仅AI技术的发展就将导致数据中心电力需求激增160%，因为像ChatGPT这样的应用处理查询所需的电力是谷歌搜索的近10倍。
为了应对这一挑战，HPC生态系统正在积极探索创新的半导体设计，以期解锁能够提供更高性能和能效的下一代基础设施。在这一探索过程中，一个引人注目的研究方向是：利用接近绝对零度的亚北极温度下的微型电路，是否能构建一个更加节能的AI数据中心？低温CMOS技术作为这一领域颇具前景的研发方向，似乎为这一问题提供了答案。
▲ 预计到2040年，全球计算所需的能源将超过生产能力
新思科技和Semiwise致力于提供高精度低温CMOS建模与仿真平台
Semiwise是一家专注于互补金属氧化物半导体（CMOS）技术的公司，目前正在与新思科技紧密合作，共同应对高性能计算（HPC）领域所面临的挑战。两家公司联合展示了一个先进的建模和电路仿真平台，该平台能够在低于0.5V的电压和-120°C或更低的温度（即“低温”环境）下稳定运行CMOS电路。这一创新平台已经通过了TCAD（计算机辅助设计技术）和数据校准模型的严格验证，能够在保持电路性能的同时，将总功耗降低至原来的四分之一甚至更低。
这一具有里程碑意义的研究显著提高了低温CMOS模型在HPC应用中的商业可行性，使得设计开发者能够对其低温电路进行精确仿真，并确保在极低温度下的性能可靠性，这对于数据中心等关键应用至关重要。
新思科技正在利用Semiwise提供的、基于新思科技TCAD建模功能的工艺设计套件（PDK），在超低温环境下对GlobalFoundries（GF）22FDX FD-SOI技术进行实际设计的电路性能仿真。GF FD-SOI技术作为CMOS的一种，允许通过电气方式调整器件阈值电压，从而优化器件性能。尽管FD-SOI并非新技术，但其在极低温度（低于4°K）下展现出的高精度特性却令人瞩目。
新思科技与Semiwise在建模与仿真平台上的合作对HPC行业具有重大意义，因为现在我们可以实现HPC芯片的可靠建模，针对低温操作进行设计、测试和评估，从而推动适用于先进数据中心的节能电路不断发展。此外，这些模型还可扩展至4°K温度区域，为仿真量子控制器和量子接口电路等关键应用提供了一个切实可行的平台。
Jamil Kawa
新思科技研究员
兼超导和低温CMOS研发负责人
与新思科技的合作使我们得以实现这一里程碑式的研究，这对于解决HPC、AI、神经形态计算及其他高性能应用的功耗问题具有重大意义。我们的建模与仿真平台已将讨论从理论科学实验转向实际用例。
Asen Asenov
Semiwise首席执行官
▲ 新思科技和Semiwise建模与电路仿真平台展示：从超导体到FD-SOI放大器。初步研究结果表明，基线恢复线性放大器可获得2.6mV输入（1X Nb JJ vg）并提供300 mV输出
进一步推动低温计算创新
新思科技与Semiwise的合作不仅取得了显著成果，还激发了新思科技进一步探索的热情。目前，新思科技的研发团队正致力于对接近绝对零度环境下晶体管的运作进行建模，这一研究成果有望应用于开发低温FD-SOI知识产权（IP），以支持控制功能的实现。
此外，新思科技还在探索将低温FD-SOI技术与在相同温度条件下运行的超导电子器件相结合的可能性，并计划将这些器件集成在同一腔室的公共模块内。超导体以其远低于半导体的功耗特性而备受关注，但其密度受到设备和互连特性的限制。新思科技的这一探索有望为实现更低功耗、更高集成度的电路设计提供新的思路。
