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Briefing

Sensor inteligente ultra-compacto y de bajo consumo para el control de la temperatura en chip: optimización y fiabilidad de dispositivos electrónicos.

Un  equipo investigador de la ETSI de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) desarrolla un sensor avanzado para la gestión dinámica de la temperatura en circuitos electrónicos. Esta monitorización térmica es vital para el desempeño de los circuitos integrados (chips), y  por extensión,  para el funcionamiento de cualquier tipo de componente o dispositivo electrónico. La demanda de fiabilidad y mejores prestaciones en microprocesadores aplicados a la computación es creciente, centrada en arquitecturas multi-procesador para ordenadores, procesamiento gráfico o dispositivos móviles avanzados. Los resultados obtenidos basados en esta solución demuestran una mejora en consumo de potencia y reducción de tamaño (factores clave en microelectrónica) de hasta el 85% respecto de soluciones previas.

 
Technology Solution


La solución presenta un sensor avanzado, ultracompacto y de bajo consumo de potencia, específicamente orientado para la gestión dinámica de la temperatura (DTM,
Dynamic Thermal Management) y la distribución óptima de posibles “puntos calientes” en microchips.

Destaca por su robustez de diseño ante efectos de auto-calentamiento en chip, una compatibilidad total con la tecnología CMOS de fabricación y una sencilla integración de estos sensores en circuitos VLSI (Very Large Scale Integration).

Además, se ha desarrollado una interfaz asociada, que se integra con el sensor y que permite digitalizar las medidas de temperatura. Esto supone un notable ahorro de costes respecto de sensores anteriores, que incorporan en su diseño esta conversión A/D. 

 
Market demands

  • Diseño óptimo y producción de circuitos integrados (chips): factor clave en la evolución de las prestaciones de dispositivos avanzados, desde móviles hasta sistemas servidores.
  • Creciente densidad de integración de chips, que implica un aumento de densidades de temperatura en los circuitos integrados (“puntos calientes” en chip).
  • La gestión y monitorización de la temperatura es un factor crítico en el diseño de chips, y, por extensión, de un número elevado de aplicaciones: riesgo de degradación del desempeño y fiabilidad.
  • Las empresas de diseño y producción de chips se enfrentan a nuevos desafíos en la búsqueda de sistemas térmicamente eficientes, que soporten el avance de prestaciones de los dispositivos.
  • Soluciones “tradicionales” de enfriamiento que afectan al chip en su conjunto provocan un sobreenfriamiento innecesario: aumento de costes y tamaño de la solución.
  • Foco de interés de la industria por chips que incorporen en su diseño funcionalidades de gestión de potencia y temperatura: capacidades superiores, alta eficiencia y menor factor de tamaño.
  • La progresiva demanda de mayor autonomía de batería para dispositivos móviles y la rápida adopción de éstos (16% de crecimiento anual de uso para smart phones; 500 millones de unidades previstas en 2014) requieren de un diseño de circuitos con un mejor desempeño de potencia y gestión eficiente de temperatura. 

 

"El control dinámico y eficiente de la temperatura en chip es un factor clave para soportar las crecientes prestaciones de desempeño y fiabilidad de los dispositivos electrónicos de consumo (p.ej.: smart phones)"

 
Market potential

  • El mercado global de semiconductores creció un 29.3% durante 2010 hasta alcanzar una cifra de negocio cercana a 400.000 M$. El sector propio a la producción de circuitos integrados representa un 80% de esta actividad. [Datamonitor]
  • Previsión de crecimiento estimada del 33% en el período 2010-2015, impulsado por demanda de dispositivos de electrónica de consumo. El sector geográfico de Asia-Pacífico representa un 66% de este valor.[Datamonitor]
  • China, segundo productor mundial del mercado de  semiconductores,  alcanzará en los próximos años una posición de mayor predominancia impulsada por inversiones del gobierno de 50.000 M$ específicas en este ámbito. [GBI Research] 

 

 
Competitive advantages

  • Aplicación de técnicas DTM (Dynamic Thermal Management): soluciones energéticamente eficientes. 
  • Reducción del consumo de potencia del 85% respecto de resultados anteriores (1,05-65,5 nW con tasas de conversión de 5 muestras por segundo).
  • Reducción del tamaño necesario para la solución del 85% respecto de resultados anteriores (tamaño ultrarreducido: 10.250 nm2).
  • Interfaz desarrollada para la digitalización de la captura de temperatura, asociada al sensor, que resulta en un menor coste de anteriores soluciones, que integran ya la conversión A/D.
  • Compatibilidad total con la tecnología CMOS, de utilización generalizada en el diseño de microprocesadores, memorias o procesadores de señal.
  • Facilidad de implementación: posibilidad de incluir en cualquier librería de célula estándar para el diseño de circuitos integrados.
  • Flexibilidad para definir la interfaz de diseño según necesidades de implementación.
 
References

  • Amplia trayectoria investigadora y de colaboración con la industria de los desarrolladores. 
  • Interés investigador por esta solución tecnológica a nivel mundial a través de referencias de publicaciones.
  • Orientación hacia la innovación del equipo promotor de la solución: creación de spin-off universitaria e involucración en 3 patentes.
 
IPR

  • Patente ES2291143 concedida a nivel nacional (OEPM - España).
  • Solicitud internacional vía PCT WO2009/02238.
 
Development stage

  • Concepto
  • Investigación
  • Prototipo-Lab
  • Prototipo Industrial
  • Producción

 

 
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