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www markttechnik de 21 2025 6 Aktuell »KI-Chips brauchen viel Energie mehrere hundert Watt oder sogar Kilowatt Damit werden die Energieversorgung und die Wärmeableitung eine enorme Herausforderung insbesondere wenn mehrere Schichten in diesen komplexen 3D-Strukturen übereinandergestapelt werden « Auch hier verfolge das imec verschiedene Ansätze beispielsweise eine direkte Flüssigkeitskühlung Memory-Wall – Van den hove »KI verbraucht den größten Teil der Energie für die Datenübertragung und nicht für die Berechnung Um den Energieverbrauch und die Latenzzeiten zu verringern die mit der Übertragung all dieser Daten verbunden sind benötigen wir riesige Speicherkapazitäten in unmittelbarer Nähe der Logikprozessoren « Hier helfen natürlich einerseits Ansätze bei denen die Speicher direkt auf die Prozessoren gestapelt werden aber auch vollkommen neue Speicheransätze In diesem Zusammenhang verweist Van den hove auf das imec-Spinoff »Vertical Compute« Das Unternehmen setzt auf einen Chiplet-Ansatz der eine neue Methode zur Speicherung von Bis in einer vertikalen Struktur mit hohem Aspektverhältnis nutzt Die entscheidende Verbesserung besteht darin dass vertikale Datenleitungen direkt auf den Recheneinheiten platziert werden wodurch die Daten nicht über eine Distanz von Zentimetern sondern nur noch über Nanometer bewegt werden müssen Laut Unternehmen lässt sich damit die Ausführung von LLMs um den Faktor 100 beschleunigen und 80 Prozent Energie einsparen Parallel dazu arbeitet imec an einer verbesserten Verbindungstechnik > CMOS 2 0 »Softwaredefinierte« Silizium-Plattform Aus der Sicht von Van den hove könne mithilfe des »CMOS 2 0«-Ansatzes der flexible Hardware-Ansatz realisiert werden der für zukünftige KI-Anwendungen benötigt wird sprich eine Hardware-Plattform die rekonfigurierbar ist Er spricht von sogenannten »Superzellen« die sich für unterschiedliche Aufgaben umprogrammieren lassen – also keine jeweils optimierten Recheneinheiten für die oben aufgeführten Modelle sondern eine Recheneinheit für alle Modelle Diese Superzellen bestünden aus gestapelten Schichten wobei jede Schicht für eine bestimmte Funktion optimiert ist alles zusammen wird mithilfe von 3D-Ansätzen integriert Ein Networkon-Chip wiederum kann diese Superzellen neu konfigurieren so dass auch neue KI-Algorithmen kein Problem sind > Weitere Ansätze Es gibt aber auch andere Ansätze um die Rechenleistung zu steigern Dazu zählt Van den hove supraleitende Elektronik und Quantencomputer Auch wenn supraleitende Elektronik seit Jahrzehnten diskutiert wird bislang gab es Grenzen Das imec arbeitet auch an diesen Grenzen So konnte das Forschungszentrum auf der IEDM 2024 drei entscheidende Komponenten eines supraleitenden Schaltkreises präsentieren NbTiNbasierte Verbindungen Josephson-Kontakte und MIM-Kondensatoren – skalierbar und CMOSkompatibel Auch im Quantenbereich macht das imec Fortschritte Erst vor kurzem veröffentlicht das Forschungszentrum dass halbleitende und supraleitende Qubits in einer speziell angepassten 300-mm-Fertigungslinie gefertigt werden konnten Dabei wies das imec auf folgende Besonderheit hin Die auf Silizium-Quantendots basierenden Spin-Qubits von imec weisen extrem niedrige Ladungsrauschwerte auf durchschnittlich 0 61 μeV √Hz – ein entscheiden-Fortsetzung von Seite 3 Innovationen gemeinsam vorantreiben der Parameter für den Erhalt der Quantenkohärenz > Datenqualität ist entscheidend Van den hove betont »Die volle Wirkung der KI entfaltet sich nur mit hochwertigen Daten nur wie lassen sich diese Daten effektiv generieren « Gerade im biomedizinischen Bereich sind hochwertige Daten entscheidend deshalb entwickele das imec Systeme mit denen sich »Daten in bisher ungekanntem Umfang und mit bisher unerreichter Geschwindigkeit erfassen verarbeiten und analysieren und in neue Modelle für KI-Plattformen einspeisen lassen die im Wesentlichen die Lernumgebung für die Entwicklung der nächsten KI-Modelle für die biologische Welt bereitstellen « Als Beispiel verweist Van den hove auf die Arzneimittelentwicklung für neurologische Erkrankungen wie Parkinson oder Alzheimer Sie seien langwierig teuer und mit hohen Risiken behaftet Besonders problematisch sei dass viele Wirkstoffe die sogenannte Blut-Hirn-Schranke eine selektiv durchlässige Barriere zwischen Blutkreislauf und Gehirn die den Stoffaustausch reguliert und das Gehirn vor schädlichen Substanzen schützt nicht oder nur schwer überwinden können Heutige präklinische Modelle würden häufig auf In-Vitro-Modellen oder Tierversuchen basieren was die Reaktion des Medikaments auf den menschlichen Organismus möglicherweise nur ungenau wiedergeben könnte Van den hove »Wenn wir wirklich wissen wollen wie ein Medikament im menschlichen Körper wirkt müssen wir es humanisieren Unsere Mikrofluidik-Technologie ermöglicht es uns die menschliche Blut-Hirn-Schranke auf einer dreidimensionalen Struktur zu züchten Das hilft uns die Wirkstoffabgabe genauer zu testen und das Risiko von Fehlschlägen in klinischen Studien zu verringern Damit lassen sich Effizienz und Erfolgsrate neuer Therapien für Hirnerkrankungen verbessern « Das ist nur ein Beispiel ein weiteres Beispiel in diesem Bereich ist die Zusammenarbeit mit Merck die das Ziel verfolgt gemeinsam eine Plattform für mikrophysiologische Systeme MPS zu entwickeln Darüber hinaus trage KI auch im Bereich Mobilität zu mehr Sicherheit im Straßenverkehr bei aus der Sicht von Van den hove eines der besten Beispiele für die Umsetzung von physischer KI »Wir arbeiten an Sensorplattformen für Radar und Lidar mit reduzierten Formfaktoren und geringeren Kosten« so Van den hove Bekanntermaßen hat das imec bereits vor einiger Zeit ein »Automotive Chiplet Program« aufgesetzt »um die hohe Rechenleistung für unsere Autos auf flexible und kostengünstige Weise umzusetzen Wir sind überzeugt dass diese chipletbasierte Integration der zentralisierten Recheneinheiten tatsächlich die effektivste und flexibelste Lösung ist« so Van den hove Dementsprechend werden Architekturen entwickelt die Aspekte wie Standardisierung Energieeffizienz Genauigkeit und Zuverlässigkeit berücksichtigen und das in Zusammenarbeit mit »wichtigen Akteuren aus der gesamten Wertschöpfungskette darunter führende Automobilhersteller Tier-1-und Tier-2-Zulieferer sowie Halbleiterund EDA-Anbieter « Das imec hat in diesem Zusammenhang vor kurzem ein neues Zentrum in Baden-Württemberg eröffnet »das es uns ermöglichen wird unser internationales Netzwerk mit lokalen europäischen Partnern sowohl Automobilherstellern als auch anderen Forschungsinstituten wie Fraunhofer zu verbinden Wir werden den Übergang zu Chiplets beschleunigen indem wir verschiedene Referenzdesigns für den Einsatz entwickeln« so Van den hove abschließend st ■