Projekt »Cool Energy«
So halten Akkus länger durch
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Präzise Masken, präzise Chipdesigns
Die Experten für Lithografiemaskentechnologie vom Advanced Mask Technology Center (AMTC) verbesserten dank eines modularen Analysesystems die Lithografiemasken für die Chipherstellung. Damit wurde die Gleichmäßigkeit der Strukturen verbessert und die Linienrauigkeit auf der Maske um 24 Prozent im Vergleich zur Vorgängerplattform vermindert. Durch gleichmäßigere Chipstrukturen sinken gleichzeitig die Leckströme.
Wie die Chips aufgebaut sein müssen, haben die Forscher am Fraunhofer IIS/EAS erforscht. Sie entwickelten ein Modell zur Berechnung von Chips, das in der Fertigung auftretende, gerade noch geduldete Toleranzen berücksichtigt. Diese können etwa durch minimal inhomogene Temperatur im Prozessraum, ungleichmäßige Strukturlinien oder geringe Schwankungen der Versorgungsspannung im Betrieb der Chips entstehen. Mit dem genaueren Modell lässt sich nicht nur die Chipqualität verbessern, sondern dank der optimierten Algorithmen auch schneller zu neuen Schaltkreisen kommen. Denn selbst moderne Computer rechnen heute noch mehrere Tage an den Simulationsmodellen für die Chipproduktion.
Ein normaler Laptop arbeitet zum Beispiel mit weniger als 3 V. Das heißt, die Netzspannung muss erst auf die niedrigere Spannung gewandelt werden, auch um die empfindlichen Chipstrukturen zu schützen. X-Fab Dresden hat eine auf Energieeffizienz optimierte Hochvolt-Foundry-Technologie für Anwendungen direkt am 230-V-Spannungsnetz entwickelt. Diese Technologie ist ideal einsetzbar für energiesparende Anwendungen wie LED-Beleuchtung sowie Ladegeräte und Netzteile mit geringem Standby-Stromverbrauch.
Im Rahmen des Projektes CoolEnergy hat ZMDI einen Chip mit einem integrierten digitalen Smart-Power-Management-System realisiert. Dies ermöglicht die zukünftige Entwicklung von System on Chips (SoCs) mit integriertem Digital-Power-Management bei höchstmöglicher Energieeffizienz. Systemelektronik in Telekommunikations-Switches, Netzwerk-Router, Basisstationen, Server oder Speichergeräte zeigen einen höheren Strombedarf, und zwar bei weiter zunehmender Rechenleistung. Um diesen höheren Strombedarf entgegenzuwirken, kommen dafür immer öfter energie-effiziente Netzteile mit komplexer Steuerungstechnik zum Einsatz. ZMDIs integrierte Smart-Power-Management-Technik soll es ermöglichen, eine höhere Energieeffizienz in allen Ausgangslastbedingungen zu erreichen, um so die neuesten Energiestandards zu erfüllen. Gleichzeitig verbessert die Anwendung der SPM-Technik in elektronischen Systemen die Energieeffizienz im Vergleich zu herkömmlichen analogen Lösungen durch die Vereinfachung des Überwachungssystems für Energie-und Wärmemanagement in den Point-of-Load-Stromversorgungen. Durch die integrierte Lösung wurde die Reaktionszeit des Spannungswandlers so verringert, dass sich durch den dynamischen Energieeffizienzgewinn je nach Ausgangslastbedingungen eine bis zu über 50-prozentige zusätzliche Energieeinsparung erzielen lässt.
Konkrete Umsetzung im Rechenzentrum
Wie energieeffizientes Computing in der Umsetzung aussieht, zeigt das Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen (ZIH) der TU Dresden. Der CoolEnergy-Partner hat Verfahren entwickelt, die – unter Berücksichtigung der Anforderungen der jeweils ausgeführten Software – gleichzeitig die Betriebsspannung und Taktfrequenz der Prozessoren reduzieren und einzelne Rechenkerne bedarfsgerecht ab- oder zuschalten. Mit den Forschungsarbeiten in CoolEnergy konnte das Zentrum den Weg ebnen für die zielgerichtete Steuerung der Hochleistungsrechner und die Effizienzoptimierung der Simulationsanwendungen, was den Energieverbrauch und damit auch die Betriebskosten reduziert.
- So halten Akkus länger durch
- Präzise Masken, präzise Chipdesigns
