XTCO, High-NA-EUV und Photonik
imec orchestriert Europas KI-Aufholjagd
Das ITF World 2026 von imec in Antwerpen stand unter einem alles beherrschenden Thema: Künstliche Intelligenz. Kaum ein Vortrag kam ohne den Verweis auf die gewaltigen Investitionen und Wachstumsraten aus. Die Euphorie war spürbar – bei den Referenten ebenso wie beim Publikum.
Doch die Herausforderungen sind gewaltig: Memory Wall, Data-Movement Wall und Energy Wall bedrohen die weitere Expansion der KI-Infrastruktur. »Die Größe von Datenzentren wird heute in Gigawatt gemessen!«, rief CEO Patrick Vandenameele, der neue CEO von imec und Nachfolger des legendären Luc Van den hove, in seinem Eröffnungsvortrag aus. Obwohl dies den Anwesenden inzwischen ist, sorgen die Zahlen weiterhin für – teilweise ungläubiges – Staunen und zunehmend auch für Unbehagen.
FMC – eine Speicher-Fab für Europa!
»Die gegenwärtige Marktkonstellation ist einzigartig, Europa eröffnet sich mit unseren ferroelektrischen Speichern die einmalige Chance, die Speicher-IC-Produktion in Stückzahlen zurückzubringen«, sagte Thomas Rückes, CEO von FMC in Dresden. »Wenn wir sie nicht verpassen wollen, müssen wir handeln, und zwar sofort. Das Fenster wird sich wieder schließen!«
Einzigartig ist die Situation, weil der Speicherhunger der KI fast unbegrenzt ist: Speicher machen 50 Prozent der Serverkosten in Datenzentren aus, 70 Prozent der weltweit gefertigten Speicher gehen in Datenzentren, dort nehmen sie 30 Prozent der Leistung auf. Insbesondere die Leistungsaufnahme will FMC mit ihrer eigenen »einzigartigen Speichertechnologie« senken, wie Rückes erklärte. »Wir wollen Produkte fertigen und Produkte benötigen eine Fab.« Das Schöne dabei ist, dass dort nicht nur die ferroelektrischen Speicher von FMC, sondern auch die bekannten DRAMs gefertigt werden könnten. »Allein mit dem DRAM-Bedarf, den wir in Europa sehen, wäre die Fab mehr als gefüllt«, erklärte Rückes im Gespräch mit Markt&Technik. Die EU fördert den Bau von AI-Gigafactory Rechenzentren in Europa, um die europäische Daten-Souveränität zu gewährleisten. Eine europäische Fab für die Fertigung von Speicher-ICs wäre dazu ein wesentliches Element.
Auch wo die Fab gebaut werden soll, weiß er bereits: Im High-Tech-Park bei Magdeburg, dort wo Intel eigentlich hätte investieren wollen. Sogar ein Bild wie sie aussehen könnte, präsentierte er dem staunenden Publikum in auf der ITF World 2026. Sie wird Milliarden kosten. Das gehe in erster Linie nicht FMC als einzelnes Unternehmen an, das betreffe Europa als Ganzes – eine solche Chance werde sich so schnell nicht wieder bieten.
»Damit wir alle sie ergreifen können, brauchen wir alle, die hier sich hier versammelt haben und die das gesamte Ökosystem repräsentieren. Wir können die Data-Center-Memory-Wall durchbrechen. Aber es geht nur gemeinsam, wenn wir alle mithelfen!« Dass es bereits konkrete Pläne gibt, um in Europa eine Speicher-IC-Fab zu bauen und derzeit ernsthafte Gespräche mit den europäischen und nationalen Behörden geführt werden, dürfte nicht wenige im Auditorium erstaunt haben. Denen rief Rückes zu: »Der Bau könnte früher starten als sie glauben!«
Denn es stellt sich eine zentrale Frage, die Vandenameele gleich zu Beginn seines Vortrags formulierte: »Wie lässt sich KI skalieren?«. Denn ohne sinkende Kosten und einen drastisch reduzierten Energiebedarf würden die hochfliegenden Erwartungen an die KI kollabieren: Ohne Skalierung keine KI.
Die gute Nachricht aus Sicht des imec: Die technologischen Ansätze dafür existieren bereits. Und Europa könne dabei eine bedeutende Rolle spielen, wenn es seine Chancen nutzt. Der European Chips Act von 2022 hat bereits erheblich dazu beigetragen, europas Halbleiterindustrie zu stärken und auch imec selbst einen deutlichen Wachstumsschub verliehen.
Patrick Vandenameele, CEO von imec: »Durch abgestimmte Optimierung können wir die Hardware-Kosten um mehr als 50 Prozent reduzieren.«
Jetzt gilt es, aus dem, was sich im Chips Act 1 von 2022 als unzureichend herausgestellt hat, zu lernen und den zweiten Chips Act entsprechend anzupassen. Gut war, dass es in Europa möglich wurde, die Entwicklungen des imec soweit voranzutreiben, dass sie relativ nahtlos in die Fertigungen bestehender Fabs überführt werden können. »Jetzt müssen wir die Voraussetzungen dafür schaffen, dass Europa auch im KI-Rennen dabei sein kann«, fordert Vandenameele.
Denn zum Ziel 2022, den Markanteil in der Chipfertigung von 10 auf 20 Prozent zu erhöhen, ist Europa weiter entfernt den je. Maria Marced, bis Ende 2023 CEO Europe von TSMC, prognostizierte den Marktanteil Europas für 2026 in ihrer Präsentation auf der ITF World 2026 sogar auf nur noch 6,2 Prozent. »Wir fallen weiter zurück!«
Das liegt daran, dass die Stärken Europas vor allem bei analogen und Mixed-SignalICs, Mikrocontrollern sowie bei der Sensorik liegen, die mit Hilfe ausgereifter Prozesstechniken gefertigt werden. Das rasante Wachstum treiben aber die KI-Chips, die in den neusten Prozesstechniken gefertigt werden. In diesen Markt vorzudringen, sollte also das Ziel des zweiten Chips Act sein.
Tatsächlich sieht sich Europa keineswegs vollständig abgehängt. Nur wenige Kilometer von imec entfernt sitzt in Eindhoven mit ASML jener Hersteller von Lithografiesystemen, auf dessen Maschinen heute 90 Prozent aller Hochleistungs-KI-Chips produziert werden. » Ohne die Lithografie von ASML kann KI nicht gelingen. Deshalb sitzt Europa mit am Tisch – wir müssen aber alles dafür tun, dort zu bleiben«, betonte Maria Marced.
Immerhin ist schon etwas geschehen. »Durch dieses Tor kommt die Zukunft der Chipfertigung«, sagte Luc Van den hove im März dieses Jahres, als ASML die High-NA-EUV-Lithografieanlage an imec auslieferte – ein Meilenstein, um all die Prozesse weiter entwickeln zu können, ohne die aus dieser Wundermaschine kaum etwas herauszuholen wäre: Von Masken und Imaging über Materialien und Prozesse, bis zu Metrologie und Inspection. »Erst wenn wir diese Elemente gemeinsam mit unseren Partnern weiterentwickeln, kann High-NA-EUV liefern«, sagte Patrick Vandenamele auf der IFT world 2026. »Partnerschaften sind alles, und zwar weltweit – alles andere wäre ein Desaster!«
Der Aufbau eine CMOS-2.0-Stack von imec: Mit Hilfe von Wafer-to-Wafer-Bonding werden Transistorschichten übereinandergestapelt, die in verschiedenen Prozesstechnologien gefertigt wurden.
Dass die High-NA-EUV-bereits liefern kann, das hat imec pünktlich zum Start der ITF World 2026 eindrucksvoll demonstrieren: Die erste Quanten Processor Unit (QPU), die auf der High-NA-EUV-Maschine des imec strukturiert wurde. Das zeigt, dass in weitgehend CMOS-kompatiblen Prozessen hergestellte skalierbare QPUs – in diesem Falle handelt es sich um Quantum-Dot-QPUs – ohne EUV-Maschinen nicht gefertigt werden können. Das ist eine gute Nachricht, die Europas technologische Position zusätzlich stärkt.
Doch Lithografie ist für imec nur ein Teil des Gesamtbildes. Die eigentliche Herausforderung besteht darin, sämtliche Bereiche des Halbleiterökosystems gemeinsam zu optimieren. Genau dafür entwickelt imec langfristige Technologie-Roadmaps, die mittlerweile bis in die frühen 2040er-Jahre reichen.
»Durch abgestimmte Optimierung können wir die Hardware-Kosten um mehr als 50 Prozent reduzieren«, sagte Vandenameele. Dafür müssten jedoch sämtliche Technologiebereiche ineinandergreifen – von neuen Materialien über neue Transistorarchitekturen bis hin zu Packaging, Kühlung und optischer Kommunikation.
Das klassische Skalierungsprinzip bleibt dabei weiterhin die Grundlage. imec arbeitet intensiv an neuen Transistorkonzepten wie CFETs (Complementary FETs), die eine weitere Verdichtung ermöglichen sollen. Parallel dazu entwickelt das Forschungsinstitut eine eigene DRAM-Roadmap. Speicher müsse künftig möglichst nahe an die XPUs heranrücken – idealerweise als Embedded-DRAM, das perspektivisch Funktionen heutiger SRAMs übernehmen könnte.
Eine zentrale Rolle spielt dabei die vertikale Integration mehrerer Transistorebenen. Gemeinsam mit Partnern entwickelt imec Wafer-to-Wafer- und Die-to-Wafer-Bonding-Technologien, mit denen sich unterschiedliche Prozesstechnologien übereinander stapeln lassen.
Diesen Ansatz bezeichnet imec als »CMOS 2.0«. Verschiedene Fertigungstechnologien werden dabei innerhalb eines einzigen Chips kombiniert und vertikal integriert. Europa sieht sich gerade im Bereich Advanced Packaging gut aufgestellt – nicht zuletzt dank zahlreicher europäischer Ausrüstungshersteller.
CMOS 2.0 bildet zugleich die Grundlage für die nächste Generation optischer Datenübertragungssysteme. Denn auch bei sogenannten Pluggable Interconnects kommen Bonding-Technologien zum Einsatz. Ziel ist es, Daten künftig zunehmend optisch statt elektrisch zu übertragen.
»Integrated Optics, insbesondere Co-Packaged Optics, sind entscheidend«, erklärte Vandenameele. So könnten beispielsweise HBM-Speicher und XPUs über optische Switches auf einem gemeinsamen Interposer extrem dicht gekoppelt werden. Laut imec könnten optische Interconnects die Energieeffizienz von Rechenzentren innerhalb der kommenden zehn Jahre um den Faktor 10.000 verbessern.
All diese Entwicklungen fasst imec unter dem Begriff Cross-Technology Co-Optimization (XTCO) zusammen. Dahinter verbirgt sich die koordinierte Optimierung von CMOS-Logik, Speichertechnologien, 2.5D- und 3D-Integration, Advanced Packaging, Photonik, Energieversorgung und Thermomanagement.
Wie breit der Ansatz angelegt ist, zeigen die zahlreichen Technology Demonstrators des Forschungsinstituts. Dazu gehört etwa eine spezielle Leiterplatte mit Testchips und integrierten Heizelementen, auf der neue Kühlkonzepte untersucht werden können – lange bevor reale KI-Prozessoren existieren.
Für Vandenameele liegt genau darin der Schlüssel zur weiteren KI-Skalierung: »Die neuen co-optimized Architekturansätze sind der eigentliche Schlüssel für den Erfolg der KI-Skalierung. Im imec entwickeln wir sämtliche Instrumente gemeinsam mit unseren Partnern weltweit und wir lernen, darauf zu spielen. imec orchestriert das Ganze.« Das Ziel ist ambitioniert: eine KI-Infrastruktur, die leistungsfähig, finanzierbar und gleichzeitig nachhaltig bleibt. Oder wie Vandenameele es formulierte: »Wir realisieren die KI, die die Grundlage für die Generationen legt, die nach uns kommen werden.« (ha)