Den Datenhunger der KI zähmen

Nahaufnahme ferroelektrischer Speicherchips auf einem 300-mm-Wafer des Fraunhofer IPMS.

Künstliche Intelligenz arbeitet schnell, doch ihr Energiehunger wächst rasant. Ein deutsch-taiwanesisches Forschungsteam entwickelt nun eine Lösung: Neue Speicher für die führenden Chiptechnologien unter 3 nm. Diese innovativen Nanosheet-Bauelemente ermöglichen Rechenoperationen direkt im Speicher und senken so den Energieverbrauch drastisch. 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.

Durch die neuartige Speichertechnologie soll künftig Rechnen »direkt im Speicher« möglich werden, und das mit deutlich geringerer Verzögerung und geringerem Energieaufwand.

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

»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.