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Daten-Detox für die KI Kleinste Knoten mit kurzen Wegen zwischen Compute und Speichern führt zur Energie-Effizienz

Quelle: Pressemitteilung Fraunhofer IPMS 1 min Lesedauer

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Heutige KI-Systeme benötigen enorm viele Daten. Das Ein- und Auslagern zur Berechnung kostet Zeit und Energie. Nanosheet-Bauelemente könnten Rechenoperationen direkt im Hauptspeicher ausführen und so den Energieverbrauch drastisch senken. Unter anderem ein deutsch-taiwanesisches Forschungsteam ist dem auf der Spur.

Ungewohnte Muster: Nahaufnahme (Dieshot) von ferroelektrischen Speicherchips auf einem 300-Millimeter-Wafer des Fraunhofer IPMS. (Bild: Fraunhofer IPMS)
Ungewohnte Muster: Nahaufnahme (Dieshot) von ferroelektrischen Speicherchips auf einem 300-Millimeter-Wafer des Fraunhofer IPMS.
(Bild: Fraunhofer IPMS)

Das deutsch-taiwanesische Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme, IPMS, entwickelt neue Speicher für die führenden Chiptechnologien kleiner als 3 Nanometer. Die Grundlage sind ferroelektrische Feldeffekttransistoren (FeMFETs) auf Hafniumoxidbasis. Diese arbeiten besonders effizient.

Es entsteht eine gemeinsame Forschungslinie vom Fraunhofer IPMS, dem Fraunhofer IMWS und dem taiwanesische Forschungsinstitut TSRI. Das soll die Basis für die nächste Generation Energie-effizienter KI-Chips liefern. Maximilian Lederer, Projektleiter am Fraunhofer IPMS, erläutert: „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.“

Fraunhofer IPMS, TSRI und Fraunhofer IMWS treiben mit ferroelektrischer Technologie auf kleinsten Knoten ultraeffiziente KI voran und ermöglichen so schnelleres und umweltfreundlicheres Edge-Computing.(Bild: Fraunhofer IPMS)
Fraunhofer IPMS, TSRI und Fraunhofer IMWS treiben mit ferroelektrischer Technologie auf kleinsten Knoten ultraeffiziente KI voran und ermöglichen so schnelleres und umweltfreundlicheres Edge-Computing.
(Bild: Fraunhofer IPMS)

Die Idee ist nicht neu, unter anderem kann das IBM-Labor in Thalwill, erste Erfolge demonstrieren, allerdings bis jetzt auf Silizium-Basis. Ferroelectric FETs (FeFETs) auf Hafniumoxid-Basis allerdings 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 Speichertechnologien.

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. Chien-Nan Liu, Direktor des Taiwan Semiconductor Research Institute, National Institutes of Applied Research (TSRI, NIAR), äußert: „Die deutsch-taiwanesische Zusammenarbeit vereint Schlüsselkompetenzen – von der Materialentwicklung über die hochauflösende Materialcharakterisierung bis hin zu modernsten Bauelementarchitekturen.“

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