Energieeffiziente KI
Forschungsteam entwickelt Chiptechnologie, die den KI-Energiehunger zähmt
Energieeffiziente KI
Künstliche Intelligenz wird immer leistungsfähiger – und immer energiehungriger. Ein deutsch-taiwanesisches Forschungsteam arbeitet nun an einer Technologie, die diesen Verbrauch spürbar senken soll. Ihr Ansatz: völlig neue Speicherelemente für die modernsten Chiptechnologien unter 3 nm. Diese sogenannten Nanosheet-Bauelemente können Rechenoperationen direkt im Speicher ausführen und sparen dadurch enorm viel Energie. Herzstück des Ansatzes sind ferroelektrische Feldeffekttransistoren (FeMFETs) auf Hafniumoxidbasis, die besonders effizient arbeiten. Gemeinsam entwickeln das Fraunhofer IPMS , das Fraunhofer IMWS und das taiwanesische Forschungsinstitut TSRI damit die Grundlage für eine neue Generation energieeffizienter KI-Chips – für Smartphones, Autos, Industrieanwendungen und die Medizintechnik.
Der Bedarf an KI und neuromorphem Computing steigt rasant – und mit ihm der Energieverbrauch von Rechenzentren und Edge-Geräten. Einer der größten Bremsklötze dabei ist der ständige Datenaustausch zwischen Speicher und CPU. Genau hier setzt das gemeinsame Projekt an: Mit einer neuartigen Speichertechnologie soll Rechnen künftig direkt im Speicher stattfinden – schneller, mit weniger Verzögerung und deutlich sparsamer. „Wir entwickeln eine Plattform, die modernste Speichertechnologien viel enger mit der Rechenlogik verknüpft. Das schafft neue Möglichkeiten für KI-Systeme und senkt gleichzeitig den Energieverbrauch“, erklärt Dr. Maximilian Lederer, Projektleiter am Fraunhofer IPMS.
Besonders vielversprechend sind Ferroelectric FETs (FeFETs) auf Hafniumoxidbasis. Durch extrem dünne Materialschichten lassen sie sich problemlos in bestehende Halbleiterprozesse integrieren. Zudem arbeiten sie kapazitiv statt resistiv – was in eingebetteten Systemen bis zu hundertmal weniger Energie verbraucht als herkömmliche nichtflüchtige Speicher.
Langfristiges Ziel der Kooperation ist der Aufbau einer 300-mm-Forschungslinie, die Speicher für Consumer-Elektronik ebenso entwickelt wie für Automotive, Industrie und medizinische Anwendungen.
„Die deutsch-taiwanesische Zusammenarbeit bringt das Beste aus beiden Welten zusammen – von der Materialentwicklung über detaillierte Materialanalysen bis hin zu modernsten Bauelementarchitekturen. Damit schaffen wir eine Basis für die nächste Generation energiesparender Speichertechnologien“, ergänzt Dr. Chien-Nan Liu, Direktor des Taiwan Semiconductor Research Institute (TSRI, NIAR).
