Künstliche Intelligenz arbeitet schnell, doch ihr Energiehunger wächst rasant. Ein deutsch-taiwanesisches Forschungsteam entwickelt nun eine Lösung: Neue Speicher für die führenden Chiptechnologien kleiner 3 nm. Diese innovativen Nanosheet-Bauelemente ermöglichen Rechenoperationen direkt im Speicher und senken so den Energieverbrauch drastisch.
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Grundlage sind ferroelektrische Feldeffekttransistoren (FeMFETs) auf Hafniumoxidbasis, die besonders effizient arbeiten. Mit einer gemeinsamen Forschungslinie schaffen das Fraunhofer IPMS, das Fraunhofer IMWS und das taiwanesische Forschungsinstitut TSRI die Basis für die nächste Generation energieeffizienter KI-Chips – von Smartphones über Automobile bis zu medizinischen Geräten.
Angesichts des rasant wachsenden Bedarfs an künstlicher Intelligenz (KI) und neuromorphem Computing steigt der Energieverbrauch von Rechenzentren und Edge-Systemen dramatisch. Ein zentraler Flaschenhals ist der Datentransfer zwischen Hauptspeicher und Recheneinheit. Ein gemeinsames deutsch-taiwanesisches Projekt will genau hier ansetzen: Durch eine neuartige Speichertechnologie soll künftig Rechnen “direkt im Speicher” möglich werden, und das mit deutlich geringerer Verzögerung und geringerem Energieaufwand.
„Wir gestalten eine Plattform, die Speichertechnologie und Rechenleistung modernster Chips enger miteinander verknüpft. Das eröffnet neue Möglichkeiten für KI-Systeme und reduziert gleichzeitig den Energieverbrauch“, sagt Dr. Maximilian Lederer, Projektleiter am Fraunhofer IPMS.
Ferroelectric FETs (FeFETs) auf Hafniumoxid-Basis gelten dafür als besonders geeignet: Dank dünner Hafniumoxid-Schichten lässt sich die Technologie in moderne Halbleiterprozesse integrieren. Zudem arbeiten diese Bauelemente kapazitiv (statt resistiv) und verbrauchen so in eingebetteten Systemen bis zu etwa 100-mal weniger Energie als vergleichbare nichtflüchtige Speicherlösungen.
Das finale Ziel der Kooperation ist die Einrichtung einer 300-mm-Forschungslinie, die Speicher nicht nur für Consumer-Anwendungen, sondern auch für Automotive, Industrie und Medizintechnik entwickelt.
„Die deutsch-taiwanesische Zusammenarbeit vereint Schlüsselkompetenzen – von der Materialentwicklung über die hochauflösende Materialcharakterisierung bis hin zu modernsten Bauelementarchitekturen. Gemeinsam schaffen wir eine Plattform für die nächste Generation energiesparender Speichertechnologien“, fügt Dr. Chien-Nan Liu hinzu, Direktor des Taiwan Semiconductor Research Institute, National Institutes of Applied Research (TSRI, NIAR).
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Das Fraunhofer IPMS ist ein international führender Forschungs- und Entwicklungsdienstleister für elektronische und photonische Mikrosysteme in den Anwendungsfeldern Intelligente Industrielösungen, Medizintechnik und Gesundheit, Mobilität sowie Grüne und Nachhaltige Mikroelektronik. Forschungsschwerpunkte sind kundenspezifische miniaturisierte Sensoren und Aktoren, MEMS-Systeme, Mikrodisplays und integrierte Schaltungen sowie drahtlose und drahtgebundene Datenkommunikation. In den Reinräumen findet Forschung und Entwicklung auf 200 sowie 300 mm Wafern statt. Das Angebot reicht von der Beratung und Konzeption über die Prozessentwicklung bis hin zur Pilotserienfertigung.
Der Geschäftsbereich Data Communication und Computing (DCC) entwickelt als Experte für sichere Datenkommunikationslösungen innovative Technologien in den Zukunftsfeldern IP-Cores, Li-Fi (lichtbasierte Datenübertragung) und Quantum Technologies. Diese Entwicklungen ebnen den Weg für neuartige und sichere Kommunikationslösungen in Schlüsselindustrien wie Mobilität, Telekommunikation, Industrieautomation oder der Energieversorgung.
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