Fokusthemen

Designinitiative Mikroelektronik des BMFTR

Die Mikroelektronik ist eine zentrale Schlüsseltechnologie und essentieller Treiber für Innovation und Fortschritt. Vor allem leistungsfähige Chips und mikroelektronische Komponenten sind die Basis für die fortschreitende Digitalisierung in Wirtschaft und Gesellschaft.

© Alexander Limbach - AdobeStock

Das Chipdesign ist wesentlicher Träger des Know-hows und der Wertschöpfung. Mit mehr Kompetenzen im Chipdesign wird die Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands gestärkt und Europa wird technologisch souveräner. Um das deutsche und europäische Chipdesign-Ökosystem auszubauen hat das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) die Designinitiative Mikroelektronik gestartet.

Stärkung des Chipdesign-Ökosystems in Deutschland

Mit der Initiative stärkt das BMFTR den Kernbereich Chipdesign innerhalb der mikroelektronischen Innovations- und Wertschöpfungskette und fördert den Ausbau der Design-Fähigkeiten als wichtige Schlüsselkompetenzen für den eigenen Entwurf. Die Designinitiative Mikroelektronik ist darüber hinaus eng mit den europäischen Aktivitäten des European Chips Act verzahnt. Details zur Motivation und zu den Zielen der Designinitiative finden Sie im Impulspapier des BMFTR (September 2022).

Bausteine der Designinitiative Mikroelektronik

Das BMFTR fokussiert sich in der Initiative auf mehrere Aktionsbereiche: Das Netzwerk „Chipdesign Germany“, die quelloffene Designplattform des Leibniz IHP, die Förderrichtlinien „DE:Sign“ und „DE:Sign Challenge“, die Ökosystemanalyse Quelloffenes Chipdesign und Kooperationsprojekte mit Taiwan. Die Maßnahmen zielen darauf ab, deutsche Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Unternehmen so zu stärken, dass sie einen signifikanten Beitrag sowohl für das hiesige Chipdesign-Ökosystem als auch zu europäischen Chipdesign-Aktivitäten leisten können. Dazu investiert das BMFTR insgesamt 41 Millionen Euro.

Netzwerk „Chipdesign Germany“

Am 01. November 2023 wurde das Netzwerk „Chipdesign Germany“ ins Leben gerufen, welches vom edacentrum koordiniert wird. Das BMFTR fördert den Aufbau von „Chipdesign Germany“ als zentrales, bundesweites Netzwerk und setzt damit den Startimpuls für ein nachhaltiges und langfristig sich selbst tragendes Netzwerk. Ziel ist es, durch vorwettbewerblichen und offenen Austausch alle nationalen Aktivitäten im Chipdesign zu bündeln und insbesondere die Talente- und Fachkräftebasis in diesem Bereich zu stärken. Mit einer Hochschulallianz, die perspektivisch in das Netzwerk eingebunden wird, werden erstmals alle deutschen Hochschulen mit Chipdesignlehrstühlen ein starkes Gewicht im Ökosystem bekommen. Die Allianz soll sowohl die Ausbildung verbessern, als auch die Vernetzung zwischen Wissenschaft und Wirtschaft unterstützen.

Das Netzwerk „Chipdesign Germany“ hat die Begleitforschung für die in der Förderrichtlinie „DE:Sign“ gestarteten Forschungsprojekten aufgenommen. Diese zielt darauf ab, die Ergebnisse aus den Projekten zusammenzuführen, aufzubereiten und mit den Aktivitäten des Netzwerks zu verbinden. Dazu hat im November 2024 ein erster Kooperationsworkshop aller Projektbeteiligten auf dem Forschungsgebiet des quelloffenen Chipdesigns stattgefunden. Für die Fach-Community ergeben sich weitere Möglichkeiten zum Austausch und zur Vernetzung innerhalb des Chipdesign Germany Forums, das erstmals im Mai 2025 stattfinden wird und in Form eines jährlichen wiederkehrenden Austauschformats zur stetigen Vernetzung der Akteurinnen und Akteure beitragen soll.

Weitere Informationen zum Netzwerk

Open Source Design Plattform des Leibniz IHP

Mit der Entwicklung und Bereitstellung des ersten europäischen, vollständig quelloffenen Process Development Kits (PDK) für die Chip-Fertigung in einem 130-nm-BiCMOS-Prozess durch das Leibniz IHP wurde eine wichtige Zugangs- und Innovationshürde für ein (quell-)offenes und frei zugängliches Designökosystem in Deutschland und Europa genommen. Der komplett quelloffene Designfluss ermöglicht einen transparenten und einfachen Austausch zwischen Entwicklern von Entwurfswerkzeugen, PDK-Entwicklern des IHP und Chipdesignern für die Digital-, Analog-/Mixed-Signal- und Hochfrequenzelektronik der Zukunft. Die realisierte Open-Source Design Plattform schafft die Grundlagen für einen direkten Wissenstransfer aus der Forschung und trägt maßgeblich zu einem Zustrom neuer Köpfe im Chipdesign durch die unmittelbare Wirkung ihrer Ideen bei. Begleitende kostenfreie Shuttle-Runs und die Durchführung von Zertifikatskursen  unterstützen das Community Building. Durch die BMFTR-Startförderung (IHP Open 130-G2 und FMD-QNC) konnte sich das Leibniz IHP als zentraler Akteur und europäischer Leuchtturm im Open Source Chipdesign-Ökosystem etablieren. Die Arbeiten werden nahtlos in der Förderrichtlinie „DE:Sign“ fortgeführt, um ein leistungsfähiges quelloffenes Chipdesign-Ökosystem fortzuentwickeln. Im Rahmen der Pilotlinie APECS wird zudem das weltweit erste quelloffene Assembly Design Kit (ADK) am IHP entwickelt, um die Vorteile und Chancen von quelloffenem Design für die Zukunftstechnologien Heterointegration und Chiplets zu heben.

Förderrichtlinie DE:Sign

Mit der Förderrichtlinie „Design-Instrumente für souveräne Chipentwicklung mit Open-Source (DE:Sign)“, die im Juni 2023 veröffentlicht wurde, fördert das BMFTR erstmals Forschung auf dem Gebiet der Design-Werkzeuge für souveräne Chipentwicklung in 15 vorwettbewerblichen, industrie- oder wissenschaftsgetriebenen Vorhaben.

Die Motivation dabei ist klar: die Vorteile von Open-Source-Ansätzen für die Chipentwicklung zu nutzen. Insbesondere quelloffene Entwurfswerkzeuge bieten das Potenzial, die Ausbildung von Talenten und Fachkräften an den Hochschulen deutlich zu verbessern und die Attraktivität der Chipentwicklung bei jungen Talenten zu steigern. Darüber hinaus bieten Open-Source-Ansätze die Möglichkeit, langfristig technologieoffene Werkzeugketten aufzubauen, Zugangshürden für einen leichteren Einstieg ins Chipdesign zu reduzieren, Lücken in hiesigen Designprozessen zu schließen und insgesamt eigene, d.h. in Deutschland entwickelte und gefertigten Chip- und Systeminnovationen zu forcieren.

Förderrichtlinie DE:Sign Challenge

Mit der Förderrichtlinie „Zielgerichtet Lücken schließen bei Designinstrumenten für souveräne Chipentwicklung mit Open-Source (DE:Sign Challenge)“, die im Januar 2025 veröffentlicht wurde, unterstützt das BMFTR den Aufbau des hiesigen Chipdesign-Ökosystems weiter wirkungsvoll. Mit der Richtlinie beabsichtigt das BMFTR, Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu fördern, die wichtige verbliebene Lücken und Schwachstellen in der quelloffenen Designkette überbrücken. So soll die Designkette nachhaltig gestärkt werden und mittel- und langfristig vollständige quelloffene Werkzeugketten entstehen. Der unbeschränkte Zugang zu den Werkzeugen und ihrem Quellcode kommt zudem der Aus- und Weiterbildung zugute. Um zusätzliche Anreize zum Kompetenzaufbau zu setzen, fördert das BMFTR innerhalb der Richtlinie auch Maßnahmen für die Aus- und Weiterbildung, sodass die Richtlinie einen Beitrag zur Stärkung der Fachkräftebasis im Chipdesign leistet.

Ökosystemanalyse Quelloffenes Chipdesign

Das BMFTR fördert begleitend zu den Förderrichtlinien die unabhängige Erstellung einer Ökosystemanalyse für das quelloffene Chipdesign entlang der gesamten Entwicklungskette der Mikroelektronik durch acatech e.V. Die Studie DI-QDISC untersucht die technologische Reife von quelloffenen Design-Werkzeugen sowie darauf aufbauend wirtschaftlich tragfähige Geschäftsmodelle. Die Entwicklungspotenziale und die Hemmnisse für quelloffenes Chipdesign werden herausgearbeitet, um die Chancen einer auf (quell-)offener Hardware ausgerichteten Forschung und Entwicklung in Deutschland aufzuzeigen. Die Ergebnisse werden über eine Impulspublikation durch die acatech der Öffentlichkeit kostenfrei zur Verfügung gestellt. Ziel ist es, den Akteuren aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik Handlungsempfehlungen aufzuzeigen, um eigene Strategien für eine Nutzung und Beteiligung an einer quelloffenen Chipdesign-Entwicklungskette ableiten zu können.

Kooperationsprojekte mit Taiwan

Eine erste Forschungszusammenarbeit mit Taiwan auf dem Gebiet der Chipentwicklung wurde in der 2023 veröffentlichten Förderrichtlinie „Design-Instrumente für souveräne Chipentwicklung mit Open-Source (DE:Sign)“  initiiert. Das BMFTR fördert in diesem Rahmen erstmals sechs deutsche Partner in sechs gemeinsamen Vorhaben mit taiwanischen Hochschulen und Forschungseinrichtungen. Der Forschungsschwerpunkt in den Vorhaben liegt auf Chip-Design für KI-Edge- und Hochfrequenzelektronik.

Mit der Rahmenrichtlinie zur Förderung der Forschungs- und Innovationszusammenarbeit mit Taiwan auf dem Gebiet der Mikroelektronik, die im Juli 2024 veröffentlicht wurde, baut das BMFTR seine Forschungszusammenarbeit mit dem National Science and Technology Council Taiwan (NSTC) in der Halbleiter- und Mikroelektronikentwicklung aus. So sollen regelmäßig wiederkehrend in gemeinsamen Vorhaben der wissenschaftlich-technische Austausch beider Länder intensiviert und das Know-how hiesiger Fachkräfte in der Chipentwicklung gesteigert werden. Zur Förderung exzellent ausgebildeter Talente ist pro Vorhaben ein Studierendenaustausch zwischen Deutschland und Taiwan vorgesehen. Mit dem  Förderaufruf 2024 fördert das BMFTR zehn deutsche Partner in neun gemeinsamen Vorhaben mit Taiwan.

Europäische Chipdesign-Aktivitäten

Im Rahmen des EU Chips Act wurde das Chips Joint Undertaking (JU) als zentrales Instrument der Säule „Chips for Europe Initiative“ installiert. Innerhalb der Chips JU wird neben der klassischen F&E Förderung der Aufbau einer Design Plattform gefördert, um das Design-Ökosystem in Europa zu stärken. Im Rahmen einer ersten Förderrichtlinie mit nationaler Ko-Finanzierung werden sogenannte Competence Centres mit je einem Centre pro EU Mitgliedsstaat zur europaweiten Stärkung und Bündelung der Fähigkeiten und Talente im Chipdesign gefördert. Im Rahmen von zwei weiteren Förderrichtlinien fördert das Chips JU das sogenannte Platform Coordination Team (PCT) und die sogenannten Design Enablement Teams (DET). Letztere sollen die Anwender bei der Umsetzung der eigenen Designs bis zum Tape-out unterstützen. Zudem plant die Chips JU perspektivisch weitere Förderrichtlinien sowohl für die geförderte Nutzung der Design Plattform als auch zur Chipentwicklung mit Open-Source Werkzeugen. Zu letzterem Schwerpunkt hat die FOSSi Foundation im Auftrag der EU Kommission eine Roadmap mit Handlungsempfehlungen für Open-Source EDA in Europa entworfen.

Das BMFTR wird seiner Rolle gerecht, indem es mit der Designinitiative Mikroelektronik mit dem Fokus auf der Stärkung der Designkompetenzen und -werkzeuge die deutschen Akteurinnen und Akteure für eine Teilnahme an den europäischen Förderrichtlinien des EU Chips Act vorbereitet. Zudem wird sich das BMFTR an der Ko-Finanzierung europäischer Förderrichtlinien zur Design Plattform und zum Chipdesign beteiligen.

Beteiligung erwünscht!

Designfähigkeiten sind ausschlaggebend für den Fortschritt in der Mikroelektronik. Zum Ausbau bedarf es der Bündelung der Kompetenz aller Akteurinnen und Akteure aus Wissenschaft und Wirtschaft, die im Bereich Chip- und Systemdesign sowie angelehnter Forschungsbereiche agieren. All diese Akteurinnen und Akteure sind aufgerufen, sich mit ihrem Know-how am Netzwerk „Chipdesign Germany“ zu beteiligen. Darüber hinaus begrüßt das BMFTR ausdrücklich die Mitwirkung zahlreicher Hochschulen mit Chipdesign-Lehrstühlen in der geplanten Hochschulallianz. Zur Kontaktaufnahme mit dem Netzwerk „Chipdesign Germany“ nutzen Sie bitte diese E-Mail-Adresse: info@chipdesign-germany.de.

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