ITF Belgien 2022

Strukturgrößen von unter 1 nm, die Roadmap steht!

20. Juni 2022, 14:30 Uhr | Iris Stroh
imec
Luc Van den hove, imec: »In der Halbleiterentwicklung reicht es nicht, nur die Parameter PPAC - Power, Performance, Area und Cost - in Betracht zu ziehen, sondern die Nachhaltigkeit muss ebenfalls eine Rolle spielen.«
© imec

Das diesjährige ITF fand erstmals wieder als Präsenzveranstaltung statt. Luc Van den hove, President und CEO vom imec, betont in seiner Eröffnungsrede, dass Moore’s Law auch weiterhin Gültigkeit besitzt und das es bereits eine mögliche Roadmap für die nächsten 15 bis 20 Jahre gibt.

Aus der Sicht von Van den hove vom imec kann die Halbleitertechnik viele Probleme lösen und erklärt dies anhand eines Beispiels, das allen sehr präsent ist: der Corona-Pandemie. Covid 19 sei der dritte ernsthafte Ausbruch eines Corona-Virus gewesen und das in weniger als 20 Jahren. »Viele Wissenschaftler sind überzeugt, dass die Wahrscheinlichkeit für Pandemien in Zukunft steigt«, so Van den hove. Deshalb sei es wichtig, dass aus den Lektionen der Covid-19-Pandemie zu lernen. »Wir hatten Glück, denn bereits vor der Pandemie haben viele Wissenschaftler an der mRNA-Technologie gearbeitet, das mRNA-Vakzin ist ein Triumpf der Wissenschaft«, betont Van den hove. Allerdings hinkten noch viele Länder mit den Impfungen hinterher und die Pharmazieunternehmen hätten durchaus Schwierigkeiten, mit den Varianten des Erregers Schritt zu halten.

Van den hove: »Weltweit sind zirka 15 Mio. Menschen gestorben, das sollte in der Zukunft besser gemacht werden.« Aus seiner Sicht geht es bei Pandemien darum, schnell zu sein und entsprechende Gegenmaßnahmen zu ergreifen und dafür sind seiner Meinung nach zwei Punkte entscheidend:

  • Eine schnelle Entdeckung von potentiell gefährlichen Krankheitserregern;
  • die Fähigkeit Impfstoffe gegen jeden neuen Krankheitserreger schnell und kostengünstig zu produzieren.

Van den hove weiter: »Wir brauchen ein weltweites Frühwarnsystem.« Es gebe heute schon Technologien, die bekannte Krankheitserreger hervorragend erkennen können, auch vom imec selbst. Das Forschungszentrum hat ein Testkonzept entwickelt, bei dem die ausgeatmeten Aerosole direkt aufgefangen und auf Corona-Viren getestet werden, alles auf einem Chip. Van den hove: »Dieses System ist sehr empfindlich, sogar besser als bisherige PCR-Tests, die auf Abstriche im Nasen-Rachen-Raum basieren. Das gilt insbesondere für die Phase, in der noch keine Symptome aufgetreten sind. Das Ergebnis liegt in weniger als 15 Minuten vor. Solch ein System eignet sich beispielsweise hervorragend für Flughafen, um so eine Ausbreitung von neuen Varianten einzuschränken.« Und was ist mit unbekannten Krankheitserregern?

Ein Ansatz bestünde in der DNA-Sequenzierung, Problem dabei ist aber, dass diese immer noch zu teuer und zu aufwendig sei. Deshalb würde diese Methode heute auch immer noch nicht als Standarddiagnosemöglichkeit genutzt. Van den hove ist aber zuversichtlich, denn in den letzten Jahren wurden in Hinblick auf die Genomsequenzierung enorme Fortschritte gemacht. Van den hove: »Mithilfe von Deep Tech lässt sich die Genomsequenzierung beschleunigen. Deshalb bin ich überzeugt, dass Sequenzierung und die Analyse von DNA, ergänzt mit KI, zu einer Routine-Diagnose-Möglichkeit wird.«

»Impfstoffe schnell und kostengünstig zu produzieren«, ist der zweite Punkt, den Van den hove für essentiell hält, um mit Pandemien besser umgehen zu können. Bislang sei die Herstellung von Arzneimitteln ein komplexer Prozess, der in jedem Schritt überwacht werden muss. Heute geschehe dies hauptsächlich durch zeitaufwändige Tests, entweder vor Ort oder in einem spezialisierten externen Labor. Aber auch hier könne die Halbleitertechnologie mit ihren Photonik- und Elektronik-Chips helfen, denn sie ermöglichen eine kontinuierliche Inline- und Online-Überwachung in Echtzeit. Van den hove weiter: »Durch die Kombination von Microfluidics, Robotik, Sensoren und KI sollte die Entwicklung und Produktion von Impfstoffen deutlich schneller und billiger werden.«

Er ist überzeugt, dass die Medizin in das digitale Zeitalter eintritt, bei dem Daten zum entscheidenden Faktor werden, und diese enormen Datenmengen müssen verarbeitet werden. Damit wachsen die Anforderungen an die Rechenleistung, die im KI-Bereich nahezu explodiere. Van den hove: »Um mit dieser Entwicklung Schritt halten zu können, ist eine aggressivere Halbleiter-Roadmap notwendig, und das ist nicht nur für die Medizin wichtig, sondern für viele andere Industriebereich ebenfalls.«

Anbieter zum Thema

zu Matchmaker+
imec
So könnte die Roadmap für die Halbleiterfertigung in den kommenden Jahren aussehen
© imec

Bestehende Grenzen überwinden

Früher hatte das Skalieren der Transistoren eine höhere Leistung und Dichte, eine verringerte Leistungsaufnahme und niedrigere Kosten zur Folge. Bekanntermaßen funktioniert das nicht mehr in dem Maße, was Van den hove dahingehend kommentiert, dass er erklärt, dass sich die Skalierung mithilfe der Lithographie verlangsamt hat, aber er betont auch, dass diese Art der Skalierung noch nicht an ihrem Ende angekommen ist. Zu dieser sogenannten Skalierungsgrenze gesellt sich die Performance-Grenze, denn auch die Performance-Steigerung hat sich in den letzten Jahren verlangsamt. Das gilt sowohl für den einzelnen Chip, beispielsweise stagniert die Rechenleistung von Single-Thread-CPUs, als auch für das Gesamtsystem. Beim Gesamtsystem sind die Datenbewegung zwischen Prozessorkern und Speicher der limitierende Faktor, was Van den hove als die Memory-Grenze bezeichnet. Als vierter Punkt verweist er auf die Power-Grenze, denn auf Chip-Ebene ist die die Zufuhr von immer mehr Leistung und die Abfuhr von immer mehr Wärme aus dem Chip/Gehäuse begrenzt. Als letzten Punkt nennt er die Kostengrenze, denn mit kleineren Strukturen steigen die Fertigungs-, Design- und Entwicklungskosten dramatisch an. Van den hove: »Wir brauchen Ansätze, mit denen diese Grenzen überwunden werden können, und zwar auf diversen Ebenen.«


  1. Strukturgrößen von unter 1 nm, die Roadmap steht!
  2. Vier Ebenen, um Grenzen zu überwinden
  3. Nachhaltigkeit
  4. Umstieg auf Cloud-Computing interessant gestalten

Das könnte Sie auch interessieren

Verwandte Artikel

IMEC vzw, Google Germany GmbH