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Motivation

Das Chipdesign ist der wesentliche Schritt, um Mikroelektronik für spezifische Produkte und Anwendungen zu entwerfen. Über Kompetenz im Chipdesign lässt sich die Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands stärken und ein Zugewinn an technologischer Souveränität in Europa erzielen. Um dieses Potenzial zu heben, soll das deutsche und europäische Chipdesign-Ökosystem ausgebaut werden. Dazu hat das BMBF die Designinitiative Mikroelektronik mit vier Schwerpunkten gestartet: ein starkes Netzwerk als zentrale Austauschplattform, Aus- und Weiterbildung von Talenten und Fachkräften, Forschungsprojekte zur Stärkung der Design-Fähigkeiten und der Ausbau von Forschungsstrukturen.

Ziele und Vorgehen

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines photonischen Chips für die Datenverarbeitung mit Algorithmen der künstlichen Intelligenz (KI) auf Endgeräten (Edge). Der Chip soll eine deutlich höhere Energieeffizienz als rein elektronische Lösungen erreichen und auch das KI-Training auf Endgeräten ermöglichen. Für die Integration eines analogen photonischen Beschleunigers in das digitale Gesamtsystem werden schnelle und hochauflösende Digital-Analog- (DAU) und Analog-Digital-Umsetzer (ADU) erforscht. Dafür werden DAU- und ADU-Zellen entwickelt und hochparallelisiert sowie zeitlich verschachtelt miteinander verschaltet, um eine hohe Geschwindigkeit bei hoher Genauigkeit zu erreichen. Der entwickelte Chip wird in einem 28-nm-Prozess gefertigt und evaluiert. Das KI-Training wird mit einem Lernalgorithmus auf der Edge-Hardware erprobt.

Innovationen und Perspektiven

Durch das Projekt wird die Zusammenarbeit zwischen Deutschland und Taiwan in der Mikroelektronik intensiviert. Die wissenschaftliche Vernetzung wird das Know-how in der Chipentwicklung erweitern und zur Ausbildung von Talenten und Fachkräften im Chipdesign beitragen. Zudem trägt der energieeffiziente und leistungsstarke photonische KI-Chip maßgeblich dazu bei, die Innovationskraft am Forschungsstandort Deutschland zu stärken.