> FocusUnimore > numero 48 – giugno 2024
New electronic systems based on artificial intelligence: Unimore participates in the FIXIT project
The amount of data that is generated in today’s electronic devices and exchanged over communication networks is increasing rapidly. The €4 million EU-funded FIXIT project, involving an international team of researchers, including a Unimore research group, aims to develop innovative ultra-low power ferroelectric memory and electronics technology, promoting the hardware implementation of new electronic systems based on artificial intelligence. Ferroelectricity is the most energy-efficient non-volatile storage technology. Unimore will play an essential role in the FIXIT project as it will provide its internationally recognised expertise needed for the advanced simulation of the devices manufactured by the partners. .
La quantità di dati che vengono generati nei dispositivi elettronici di oggi e scambiati sulle reti di comunicazione è in rapido aumento.
Se da un lato ciò è necessario per sfruttare appieno il potenziale di applicazioni come il riconoscimento di immagini e del parlato, l’elaborazione del segnale per sensori intelligenti e per la guida autonoma o la diagnosi medica dai sintomi e scansioni, dall’altro, la gestione di una quantità così enorme di dati richiede nuove strategie di calcolo.
Ad oggi, gli algoritmi di elaborazione più avanzati sono ancora perlopiù eseguiti su piattaforme di elaborazione tradizionali di grandi dimensioni (cioè in cloud, nei cosiddetti data centers). Il problema, tuttavia, è che molti dispositivi su piccola scala, come gli smartphone, semplicemente non hanno la potenza di calcolo, le risorse energetiche (essendo alimentati da una batteria) e la complessità che sarebbero necessarie per svolgere, in tempo reale, calcoli complessi su quantità importanti di dati.
Per questo motivo, le applicazioni come gli assistenti virtuali e le recenti applicazioni web che sfruttano servizi di intelligenza artificiale (IA) in genere caricano i dati forniti dall’utente nel cloud per l’elaborazione. Si prevede in questo senso un uso in forte crescita dei servizi cloud e di IA nel prossimo futuro, con un notevole aumento del consumo energetico fino a decine di migliaia di TWh per la trasmissione dei dati, corrispondente a decine di miliardi di tonnellate di emissioni di CO2. Inoltre, il trasferimento di queste grandi quantità di dati ai sistemi basati su cloud richiede una grande quantità di energia in sé.
Il progetto FIXIT, finanziato dall’UE per un importo di 4 milioni di euro, che coinvolge un team internazionale di ricercatori e ricercatrici, tra cui un gruppo di ricerca Unimore, mira allo sviluppo di una memoria e di una tecnologia elettronica ferroelettrica innovativa a bassissimo consumo, promuovendo l’implementazione hardware di nuovi sistemi elettronici basati sull’intelligenza artificiale. La ferroelettricità è la tecnologia di memorizzazione non volatile più efficiente dal punto di vista energetico.
L’obiettivo principale è il ridimensionamento dei dispositivi sinaptici ferroelettrici al di sotto dei 20 nanometri mantenendo le loro proprietà di memorizzazione e di computazione.
Per raggiungere gli obiettivi, il consorzio catalizza le competenze nei campi della scienza dei materiali e dello sviluppo dei dispositivi nanoelettronici, nella loro modellazione e simulazione e nella progettazione e simulazione di circuiti integrati.
Il consorzio è guidato da NaMLab (Germania), che dal 2008 è pioniere nel campo della tecnologia ferroelettrica e da allora ha stabilito una posizione di leader a livello mondiale, con importanti nuovi contributi nello sviluppo di dispositivi ferroelettrici. La Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU, Germania) parteciperà al progetto offrendo l’esperienza maturata nello sviluppo pionieristico di materiali ferroelettrici alternativi e avanzati. IBM, leader di settore con uno dei primi processori neuromorfici avanzati (TrueNorth), e attualmente alla guida degli sforzi nel calcolo dei Big Data, garantisce una strada veloce verso lo sfruttamento dei risultati di ricerca in linea con il loro business nel settore dei sistemi e dei servizi IT. Le competenze nella modellazione dei dispositivi ferroelettrici e nell’analisi dell’affidabilità degli stessi saranno garantite dalla partecipazione al progetto del Consorzio IU.NET con due delle università italiane affiliate, l’Università di Modena e Reggio Emilia (Unimore) e l’Università degli Studi di Udine (Uniud), sedi che vantano una solida reputazione ed molteplici esperienze nel campo della simulazione e della caratterizzazione di affidabilità.
Le attività di simulazione beneficeranno della presenza nel consorzio di Applied Materials (AMAT) che fornirà ai partner coinvolti l’accesso alla piattaforma avanzata di simulazione Ginestra® e il supporto all’utilizzo del software, oltre che all’esperienza nel settore della fabbricazione, simulazione e sviluppo di dispositivi elettronici.
X-FAB (Germania), industria leader a livello europeo nella produzione di semiconduttori, implementerà i circuiti avanzati progettati dai partner del progetto nella loro tecnologia CMOS, che verranno consegnati ad altri partner come NaMLab, HelmholtzZentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB, Germania) e National Center For Scientific Research “Demokritos” (NCSRD, Grecia) per l’integrazione di dispositivi ferroelettrici sui chip prodotti da XFAB.
Questi ultimi partner saranno altresì coinvolti nelle attività di progettazione, sviluppo e ricerca dei dispositivi ferroelettrici. Melexis (Bulgaria), uno dei principali produttori europei di sistemi elettronici, beneficerà dei risultati del progetto per sviluppare nuovi prodotti avanzati con sensoristica intelligente integrata a bordo. Infine, la Technische Universität Dresden (Germania) contribuirà al progetto coordinando le azioni amministrative, di divulgazione e di sfruttamento dei risultati.
“Anche grazie a un’attiva e proficua collaborazione in essere tra le unità di ricerca in elettronica dell’ateneo e delle altre istituzioni partner, Unimore rivestirà un ruolo essenziale nel progetto FIXIT – commenta il Prof. Francesco Maria Puglisi del Dipartimento di Ingegneria “Enzo Ferrari”, a capo del gruppo di ricerca coinvolto – in quanto fornirà le competenze, costruite nel tempo e riconosciute a livello internazionale, necessarie nei campi della simulazione avanzata dei dispositivi fabbricati dai partner e della caratterizzazione della loro affidabilità.
In particolare, tramite simulazione avanzate – prosegue il Prof. Puglisi – Unimore fornirà informazioni cruciali ai partner di progetto coinvolti nella realizzazione dei prototipi dei dispositivi, suggerendo agli stessi efficaci strategie di ottimizzazione delle performance prima ancora che i dispositivi vengano fabbricati, garantendo il raggiungimento degli obiettivi in tempi rapidi. Inoltre, Unimore verificherà il corretto comportamento e l’affidabilità dei dispositivi fabbricati dai partner. Il team di Unimore punterà infine a coinvolgere giovanissimi ricercatori che verranno reclutati grazie ai finanziamenti del progetto FIXIT”.
Questo progetto ha ricevuto finanziamenti dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’Unione europea nell’ambito dell’accordo di sovvenzione n. 101135398.
Al via la collaborazione tra Unimore e la multinazionale Infineon Technologies Villach
Il workshop “Advanced electronic components and materials for energy, mobility, communication and security: The new Infineon/Unimore partnership”, che si è svolto lo scorso 21 maggio 2024 presso il Tecnopolo di Modena, ha segnato l’avvio della collaborazione di ricerca, formazione e didattica nei settori dell’elettronica tra il Dipartimento di Ingegneria “Enzo Ferrari” di Unimore e la multinazionale Infineon Technologies, importante realtà della micro-elettronica mondiale con circa 60mila dipendenti.
L’accordo tra Unimore e Infineon Technologies Villach, della durata di 15 anni, finanzia una posizione di ruolo e prevede ulteriori ambiti quali la partecipazione a progetti congiunti, il sostegno di borse per studenti di dottorato, il supporto alla didattica e all’organizzazione di eventi di disseminazione.
Dopo i saluti istituzionali del delegato del Rettore alla Ricerca Prof. Paolo Pavan, del vice direttore del Dipartimento di Ingegneria “Enzo Ferrari” Prof. Paolo Veronesi e del Senior Vice Director Stefan Berger di Infineon Technology Villach (Austria), il workshop è proseguito con interventi tecnici di presentazione delle attività dei due partner.
Nello specifico il Dott. Roberto Nonis, Senior Director presso Infineon Villach, ha illustrato l’azienda e i suoi numerosi settori di attività nel campo della energia, sicurezza, mobilità; il Prof. Paolo Pavan ha presentato il panorama delle ricerche in elettronica svolte presso i dipartimenti di Ingegneria del nostro ateneo e il Dott. Martin Mischitz, project manager presso Infineon Villach, ha descritto le opportunità di finanziamento offerte dal programma IPCEI, partecipato da Infineon e che prevede l’esplicito sostegno a realtà accademiche.
Il Dott. Oliver Haberlein (Fellow Infineon) ha presentato poi gli ultimi sviluppi e le possibili evoluzioni future nella tecnologia dei transistori di potenza per sistemi di conversione dell’energia ad elevata efficienza basati su materiali innovativi. In conclusione, il Prof. Pierpaolo Palestri, vincitore della posizione di ruolo sostenuta dall’azienda, ha esposto una panoramica dei molteplici utilizzi dei modelli di simulazione nello sviluppo di tecnologie e sistemi elettronici.
“La partnership strategica con Infineon Technologies – rileva il Prof. Luca Selmi, referente per l’accordo– moltiplica le opportunità di Unimore di perseguire la propria missione didattica e scientifica nel campo dell’elettronica ai più alti livelli qualitativi. Aziende di rilevanza mondiale quali è Infineon Technologies, definiscono e progettano il futuro dell’innovazione tecnologica con il loro ampio portfolio di attività di ricerca e la realizzazione di sistemi elettronici d’avanguardia. Questi rendono possibili nuove soluzioni per vincere le sfide del futuro: la sostenibilità, l’approvvigionamento e la gestione dell’energia, le comunicazioni, la sicurezza, la mobilità”.
“L’Ateneo è riconoscente del credito e della fiducia ricevute – aggiunge Selmi – che testimoniano una tradizione di ricerca di qualità e una capacità di attrarre talenti nel campo dell’elettronica. Siamo certi che questa partnership di lungo periodo porterà tanti benefici e nuove opportunità ai nostri studenti e studentesse”. All’evento hanno partecipato vari docenti e dottorandi/e dell’Ateneo, nonché una nutrita schiera di studenti e studentesse.