Leistungszentrum »Funktionsintegration für die Mikro-/Nanoelektronik«
Die steigenden Anforderungen an Künstliche Intelligenz erfordern neue Wege, Daten energieeffizient und mit geringer Latenz zu verarbeiten. Insbesondere für Edge-Anwendungen ist es attraktiv, Informationen möglichst direkt am Ort ihrer Entstehung zu verarbeiten. Neuromorphic Computing und Compute-in-Memory verfolgen hierfür einen grundlegenden Ansatz: Speicher- und Rechenfunktionen werden eng miteinander verbunden, sodass Daten nicht für jede Operation zwischen getrennten Speicher- und Recheneinheiten übertragen werden müssen.
Im Leistungszentrum Mikro/Nano stehen hierfür Kompetenzen entlang einer breiten technologischen Kette zur Verfügung – von Materialien und neuartigen Bauelementen über deren Fertigung, Charakterisierung und Integration bis hin zu Schaltungen und Architekturen. Eine wichtige Basis bilden langjährige Arbeiten an ferroelektrischen und memristiven Technologien. Ferroelektrische Bauelemente wie FeFETs ermöglichen nichtflüchtige Speicherfunktionen und eignen sich als Grundlage für neuromorphe und Compute-in-Memory-Konzepte. Parallel wurden memristive Bauelemente unter anderem auf Basis von BiFeO₃ und TiO₂ entwickelt und als Einzelbauelemente sowie in Crossbar-Arrays realisiert.
Auf dieser technologischen Basis lassen sich neue Konzepte für die Verarbeitung von KI-Modellen untersuchen und schrittweise in Richtung anwendungsnaher Hardware entwickeln. Dazu gehören die Entwicklung und Charakterisierung von Speicher- und Synapsenbauelementen, die Realisierung dichter Crossbar-Strukturen, die Integration in bestehende Technologiekonzepte sowie der Entwurf von Schaltungskomponenten für neuromorphe Systeme. Auch die Verbindung analoger Rechenkerne mit digitaler Peripherie und geeigneten Datenwandlern ist Gegenstand aktueller Arbeiten.
Die technologische Basis ist über zahlreiche Forschungsarbeiten und Projekte gewachsen. Dazu gehören unter anderem Untersuchungen zu FeFET-basierten Synapsen und neuromorphen Schaltungen, ferroelektrischen Speicherarrays, memristiven Bauelementen und deren Integration sowie aktuelle Arbeiten zu Compute-in-Memory und energieeffizienter Edge-KI.
Für Kunden und Kooperationspartner entsteht daraus ein Zugang zu einer Entwicklungsumgebung, in der neue Materialien, Bauelemente und Architekturen nicht isoliert betrachtet werden müssen. Technologien können hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften, Skalierbarkeit und Integrationsfähigkeit untersucht und anschließend auf Schaltungs- und Systemebene weitergeführt werden. So lassen sich neue Ansätze frühzeitig hinsichtlich Energieeffizienz, Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und technischer Umsetzbarkeit bewerten.
Ihre Vorteile/Unser Angebot:
- Bauelemente und Technologien: Entwicklung und Charakterisierung ferroelektrischer und memristiver Bauelemente, einschließlich Crossbar-Strukturen und deren Integration in bestehende Technologiekonzepte.
- Schaltungen und Architekturen: Entwicklung von Komponenten und Konzepten für neuromorphe Systeme und Compute-in-Memory – einschließlich Schaltungsdesign und der Verbindung analoger und digitaler Verarbeitung.
- Anwendungsorientierte Entwicklung: Gemeinsame Untersuchung und Validierung kundenspezifischer Ansätze – vom Material oder Bauelement bis zur integrierten Technologie und zum Demonstrator.