ZuSE - Ki-IoT - Entwicklungsplattform für vertrauenswürdige IoT-Mikrochips mit innovativem KI-Co-Prozessor; Teilvorhaben: Entwicklung des KI-Hardwarebeschleunigers

Abstract

Im Verbundprojekt Zuse Ki-IoT hat NaMLab mit dem Partnern XFAB und IHP die Realisierung von analogen In-Memory-Computing (IMC) Operationen untersucht. Dabei entwickelte NaMLab Herstellungsprozesse für analog schaltende Memrisoren. Ein bereits vorhandener Nioboxid-basierter Schichtstapel wurde in einen BEOL-kompatiblen Hafniumoxid-basierten Doppellagenstapel überführt und für das thermische Budget einer BEOL-Prozessierung angepasst. Die Prozessdetails wurden zum Projektpartner IHP transferiert. Zudem wurde ein Nioboxid basierter Schwellwertschalter als Auswahlelement in BEOL-kompatiblen 1S1R (1 selector 1 resistor) Speicherarrays untersucht. Die erwarteten Schalteigenschaften konnten jedoch nach Anwendung des thermischen Budgets eines BEOL-Prozesses nicht reproduzieren werden. Darüber hinaus wurden die analogen Schalteigenschaften von Flash-Speicherarrays, bereitgestellt vom Projektpartner XFAB, untersucht. Anhand der Ergebnisse wurde ein Target-Programmieralgorithmus neu implementiert, der die Realisierung analoger Wichtungsfunktionen erlaubt. Zudem wurde ein paralleler Auslesealgorithmus entwickelt, der die analoge Summenoperation ermöglicht. Damit sind die grundlegenden Voraussetzungen zur Untersuchung verschiedener analoger IMC Ansätze geschaffen. Anhand erster Abschätzungen wurden notwendige Hardware-Komponenten identifiziert, die für die Umsetzung entsprechender Algorithmen in zukünftigen Speicherarrays notwendig sind. Aufgrund von Personalwechsel und limitierter Anlagenverfügbarkeit kam es zu Verzögerungen und einer kostenneutralen Projektverlängerung. Es konnten nicht alle Projektziele vollständig erreicht werden. Weiterführende Arbeiten wurden identifiziert und sind seitens NaMLab in Planung.