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맞춤형 의학과 첨단 무선 제품 혁신한 반도체 스타트업
칩 기반 스타트업이 혁신적인 솔루션을 개발하도록 도운 Silicon Catalyst
“Silicon Catalyst에 근무하는 동안 시스템 모델링과 제품 개발 요구 사항에 대해 MATLAB 외에는 다른 것을 요청하는 사람을 본 적이 없습니다. 실제로 MATLAB이 업계의 표준입니다.”
Rick Lazansky는 Stanford에서 컴퓨터 과학 석사 학위를 취득한 후 여러 스타트업을 시작했습니다. 하나는 상장되었고, 두 개는 인수되어 그에게 다른 스타트업에 투자할 수 있는 자본이 되었습니다. 그러다 약 10년 전, 그는 미국에 새로운 하드웨어 회사가 부족하다는 사실을 우려했습니다. 벤처 캐피털들은 반도체 스타트업에 투자하지 않았고, 실리콘밸리는 더 이상 실리콘을 중요하게 여기지 않았습니다.
그래서 약 10년 전, Lazansky는 두 명의 동료인 Mike Noonan과 Dan Armbrust와 함께 Silicon Catalyst를 설립하였고, 회원사가 반도체 기반 솔루션을 개척하도록 돕는 인큐베이터이자 액셀러레이터 역할을 해주었습니다. Silicon Catalyst는 수석 파트너를 지정하여 2년 동안 각 회원사와 긴밀히 협력하고 스타트업이 비즈니스 성장을 촉진할 수 있도록 업계 전문가와 자문가로 구성된 포괄적인 생태계에 대한 액세스를 제공합니다. 회사는 투자자와의 협력을 통해 회원사에 수억 달러의 자금을 지원했습니다.
Silicon Catalyst는 또한 기업과 전략적 파트너십을 맺고 있으며 수십 개의 현물 파트너가 스타트업에 상품과 서비스를 제공합니다. 여기에는 반도체 파운드리 TSMC, 실리콘 설계 도구 공급업체 Synopsys, 알고리즘 개발 및 시스템 수준 설계를 위한 모델링 및 시뮬레이션 도구를 제공하는 MathWorks 포함됩니다. “Silicon Catalyst에 근무하는 동안 시스템 모델링과 제품 개발 요구 사항에 대해 MATLAB 외에는 다른 것을 요청하는 사람을 본 적이 없습니다."라고 말합니다. "실제로 MATLAB이 업계의 표준입니다."
(이미지 출처: Silicon Catalyst)
MathWorks는 소프트웨어 액세스, 엔지니어링 지원, 브랜드 인지도 기회를 통해 Silicon Catalyst와 같은 프로그램의 스타트업을 지원합니다. 소프트웨어에는 MATLAB® 코드로 C 코드를 생성할 수 있는 도구가 포함되어 있습니다. 이는 아직 출시되지 않은 칩에서 MATLAB 알고리즘이 원활하게 작동하는 환경을 제공합니다. 스타트업은 칩이 준비되기 전에 디자인을 테스트할 수 있습니다. 스타트업은 소프트웨어에 액세스하여 MATLAB 함수 또는 Simulink® 모델에서 합성 가능한 HDL을 생성할 수도 있습니다.
Silicon Catalyst 회사들은 새로운 반도체 솔루션을 개발하고 있습니다. 이들은 5G, 인공 지능 및 기계 학습, 초광대역(UWB), 통신 인프라, 광자학, IoT, 전력, 의료, MEMS 및 센싱, 반도체 재료 등 다양한 분야를 전문으로 합니다.
방 안에서 튕기기
Silicon Catalyst 프로그램의 한 스타트업인 SPARK Microsystems는 UWB 무선 트랜시버를 만듭니다. UWB 통신은 3~10기가헤르츠 사이의 주파수에서 이루어지며 단거리 통신에 적합합니다. 대부분의 공급업체가 UWB 스펙트럼의 정확한 거리 측정 기능에 집중하는 반면 SPARK는 데이터 통신 애플리케이션에 중점을 두었습니다. SPARK는 Bluetooth®와 같은 기존 개인 영역 네트워크 대안을 보완하기 위해 대기 시간이 짧고 대역폭이 높으며 전력이 낮은 기술을 개발했습니다. 애플리케이션에는 압축되지 않은 고품질 무선 오디오, 반응형 게임, 가상 및 증강 현실, IoT의 다양한 무선 센서 및 존재 감지 애플리케이션이 포함됩니다.
"플러그 앤 플레이 방식입니다. 모든 것이 문제없이 작동합니다. 여러가지 소프트웨어를 조합할 필요가 없습니다. MATLAB과 Antenna Toolbox 사용하여 설계 주기를 단축하는 데 도움이 되었습니다.”
SPARK는 각각 초당 10메가비트로 전송할 수 있는 트랜시버 칩 제품군을 개발했습니다. 다른 고객 중에서도 이 회사는 SPARK 기술을 배포하는 다양한 단계에 있는 다양한 고급 게임 HID 및 오디오 장치 제조업체와 파트너십을 맺고 있습니다. 예를 들어 SPARK는 고급 스피커 분야에서 Sonus faber와 파트너십을 맺었습니다. 트랜시버는 압축 없이 최대 8미터까지 오디오를 전송할 수 있어 Bluetooth나 Wi-Fi®로는 달성할 수 없는 매우 낮은 대기 시간으로 고품질 오디오 성능을 제공할 수 있습니다.
SPARK 기술의 또 다른 흥미로운 적용 사례는 고급 시계 제조사인 Platonum에서 선보였습니다. Platonum은 스마트워치에 초저지연 및 저전력 실시간 데이터 스트리밍을 제공하기 위해 SPARK UWB 기술을 선택했습니다.
SPARK의 CMO이자 운영 책임자인 Raphael Mehrbians는 “우리는 단거리 통신 전문가입니다.”라고 말합니다.
SPARK의 UWB 기술은 다른 UWB 시스템보다 대기 시간이 낮고 대역폭이 높으며 전력 요구 사항이 낮습니다. (이미지 출처: SPARK Microsystems)
SPARK의 안테나 설계자인 Raphael Guimond는 그의 팀이 자동 테스트를 포함한 여러 작업에 MATLAB 사용한다고 말합니다. 연방 통신 위원회는 전자 전송을 규제하고 장치가 다른 장치를 방해하지 않도록 다양한 주파수로 방송할 수 있는 전력량을 제한합니다. Guimond는 송수신기를 테스트하기 위해 무반향실의 플랫폼에 송수신기를 놓았는데, 무반향실의 벽은 전파를 반사하기보다는 흡수합니다. 스펙트럼 분석기는 챔버의 안테나에 연결되어 MATLAB 실행하는 컴퓨터로 데이터를 보냅니다. Guimond는 Instrument Control Toolbox™를 사용하여 트랜시버를 고정하는 턴테이블을 회전하고 모든 각도에서 방출을 측정합니다. 칩의 무선 주파수 방출을 측정할 때 설계 팀은 칩 주변의 배선 및 커넥터에서 발생하는 손실을 빼야 합니다. MATLAB을 사용하여 프로세스를 자동화합니다.
무향실은 SPARK 트랜시버 RF 성능과 견고성을 검증하는 데 광범위하게 사용됩니다. (이미지 출처: SPARK Microsystems)
안테나를 병렬로 배치하고 동일한 위상으로 작동하면 전송 전력이 증가합니다. Guimond는 위상 배열 및 빔포밍에도 MATLAB을 사용합니다. 빔포밍은 서로의 위상을 조정하여 전송을 한 방향으로 집중시킵니다. 이는 무선 헤드폰을 착용한 사람이 방을 돌아다닐 때 유용합니다.
SPARK 팀은 또한 채널 및 광선 추적과 같은 다양한 전파 모델을 MATLAB에 입력했습니다. 장치의 신호가 다양한 환경에서 어떻게 전파되는지 예측하면 SPARK는 올바른 안테나를 선택하고 장치 내 배치와 방향을 최적화할 수 있습니다.
Guimond는 MATLAB의 한 가지 장점은 내장된 도구가 정말 많다는 점이라고 말합니다. “플러그 앤 플레이 방식입니다.”라고 그는 말합니다. “모든 것이 문제없이 작동합니다. 여러가지 소프트웨어를 조합할 필요가 없습니다. MATLAB과 Antenna Toolbox™를 사용하여 설계 주기를 단축하는 데 도움이 되었습니다.” 그는 UWB 배포에 도움이 될 수 있는 잠재력에 대해 매우 기대하고 있습니다. SPARK의 기술은 "무선 기술 측면에서 상당히 큰 진전"이라고 그는 말합니다.
Mehrbians는 Silicon Catalyst가 여러 면에서 도움이 되었다고 말합니다. “여기에는 공급업체와 파트너 관계를 촉진하는 것뿐만 아니라 스타트업에 매우 유용한 기타 자문, 마케팅 리소스, 도구를 제공하였고, SPARK를 설립할 때 매우 귀중한 전체 자문 네트워크도 제공했습니다.”
의료 분야 AI를 위한 디지털 트윈
Silicon Catalyst의 또 다른 멤버인 스타트업 Probius는 AI(인공 지능) 워크플로우에서 생화학 데이터에 더 쉽게 접근하고 사용할 수 있도록 했습니. 일반적으로 사람이나 세포 배양물에서 얻은 생물학적 샘플에 특정 분자가 포함되어 있는지 알고 싶다면 해당 분자를 찾는 집중 테스트를 실행합니다. 다른 분자를 식별하려면 완전히 다른 테스트가 필요합니다. “이 모든 것은 복잡한 작업 흐름, 분석 도구 관리 및 사용에 대한 고급 전문 지식, 수행하려는 분석에 매우 특정한 시약을 기반으로 합니다. 반복적인 시행착오 접근 방식으로 인해 정보를 얻는데 지연이 되며, 이로 인해 결국 샘플의 생물학적 정보가 부정확하고 불완전하게 표현되는 결과를 낳게 됩니다.”라고 Probius의 공동 창립자이자 CEO인 Emmanuel Quevy는 말합니다. “우리는 접근 방식을 완전히 뒤집습니다.”
Probius는 MATLAB과 많은 툴박스를 사용합니다. 가장 중요한 것은 기계 학습 도구를 사용하여 샘플의 시그니처 내에서 특정 분자를 식별할 수 있는 신경망 또는 유전 알고리즘을 훈련한다는 것입니다. 또한 MATLAB을 사용하여 칩 성능을 연구하고, 제조 작업 흐름을 최적화하고, 컴퓨팅 클러스터를 관리하고, 고객이 서버에서 사용할 수 있도록 소프트웨어를 도커에 패키징합니다.
Probius는 샘플에서 모든 생화학적 신호를 한 번에 스캔하여 나중에 필요할 때 프로브할 수 있는 디지털 트윈을 생성하는 QES(양자 전기화학 분광학)라는 기술을 개발했습니다. 이는 분자가 진동한다는 사실에 의존하며 구조와 구성에 따라 서로 다른 주파수로 진동합니다. QES는 샘플의 진동 시그니처에 대한 40차원 스냅샷을 생성합니다.
Probius는 기계 학습을 사용하여 다양한 질병을 나타내는 시그니처를 분류합니다. 이 기술로 Probius는 시그니처를 통해 개별 분자와 그 농도를 식별할 수 있습니다. Probius는 40차원 시그니처를 통해 단백질, 바이러스, 약물 및 당을 포함한 수천 가지의 다양한 분석물질의 구성에 초점을 맞출 수 있습니다. 혈액, 음식, 실험실 배양 및 기타 샘플을 테스트했습니다. 테스트에는 단지 수백만 분의 1리터의 샘플만 필요하며 30분 정도 소요됩니다.
Probius는 칩과 장치를 개발했습니다. 구독료를 지불하면 고객은 장치를 임대하고 클라우드에서 필요에 따라 분석 소프트웨어 및 분석물에 액세스할 수 있습니다. 고객으로는 제약회사, 생명공학 스타트업, 학술 연구실 등이 있습니다. 예를 들어, 일부는 염증 메커니즘과 같은 질병을 프로파일링하기 위해 서비스를 사용합니다. 다른 사람들은 바이오 제품이나 치료제의 제조를 최적화하기 위해 이를 사용합니다.
Probius의 마케팅 및 사업 개발을 총괄하는 Juan Cruz Cuevas는 이 장치를 사용하면 샘플 분석이 매우 쉽게 가능하다고 말합니다. “QES 플랫폼은 데이터를 획득하는 데 단 한 단계만 필요합니다. 샘플 한 방울을 유리병 안에 넣습니다. 그게 끝입니다.” 버튼도 없고 자동으로 데이터를 업로드합니다. 실험실에서 절약한 시간을 데이터 분석하는 데 사용할 수 있습니다.
Quevy는 Probius가 MATLAB과 많은 툴박스에 의존하고 있다고 말합니다. 가장 중요한 것은 기계 학습 도구를 사용하여 샘플의 시그니처 내에서 특정 분자를 식별할 수 있는 신경망 또는 유전 알고리즘을 훈련한다는 것입니다. 또한 MATLAB을 사용하여 칩 성능을 연구하고, 제조 작업 흐름을 최적화하고, 컴퓨팅 클러스터를 관리하고, 고객이 서버에서 사용할 수 있도록 소프트웨어를 도커에 패키징합니다.
MATLAB의 데이터 분석은 Probius가 클러스터 플롯, 열 지도, 덴드로그램 등을 사용하여 결과를 시각화하는 데 도움이 됩니다. “MATLAB을 사용하면 시중에 나와 있는 거의 모든 기계 학습 및 시각화 도구가 포함된 통합 라이브러리를 갖게 되며 이를 활용하여 바퀴를 다시 만들 필요 없이 생물학적 샘플에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다”라고 Quevy는 말합니다.
Silicon Catalyst는 Probius의 자금 조달과 네트워킹을 도왔지만 Probius는 이미 MATLAB을 사용하고 있었습니다. Quevy는 “학교에서 MATLAB을 배우면 이후 실무에 도움이 됩니다”라고 말합니다. “그리고 회사가 발전하고 도구가 발전함에 따라 최신 상태를 유지하게 됩니다.”
Probius는 MathWorks의 컨설턴트와 협력하여 워크플로를 원활하게 하는 등 도구를 더 잘 활용했습니다. Quevy는 MATLAB이 없었어도 Probius가 잠재적으로 C에서 알고리즘을 실행할 수 있었겠지만, MATLAB은 분석 툴킷을 업그레이드하는 데 더 많은 유연성을 제공한다고 말합니다.
MATLAB의 데이터 분석은 Probius가 인간 염증 단백질(TNF-a)의 QES 진동 신호에 대한 MATLAB 3D 표면 플롯과 같은 결과를 시각화하는 데 도움이 됩니다. (이미지 출처: Probius)
이러한 유연성과 사용 용이성은 스타트업에 필수적이라고 Cuevas는 말합니다. 자원과 인력이 제한되어 있음에도 불구하고 “우리는 더 빠르게 움직일 수 있었고, 더 민첩하고 효율적으로 일할 수 있었습니다.”
성공 비결
Silicon Catalyst는 실리콘 기반 스타트업에 중점을 두고 있을 뿐만 아니라 회원사를 지원하기 위한 다른 모델도 가지고 있습니다. Silicon Catalyst의 CEO인 Pete Rodriguez는 “대부분의 인큐베이터는 진부한 프로그램입니다.”라고 말합니다. “그들은 몇 달에 걸쳐 스타트업에 동일한 조언을 합니다.”
Silicon Catalyst는 다르다고 그는 말합니다. 이는 6주 동안 4~17회의 회의를 거치는 엄격한 선정 과정으로 시작됩니다. Silicon Catalyst는 1000개의 지원 기업 중 100개 기업만 합격했습니다. 업계 전문가의 실제 지원과 결합된 매우 선별적인 접근 방식은 실리콘 기반 스타트업의 성공을 위한 비결입니다.
