Fraunhofer IPMS und GlobalFoundries entwickeln energieeffizienten FRAM-Speicher für Edge-KI
Digitale Anwendungen benötigen immer leistungsfähigere Speicherlösungen, die Daten schnell verarbeiten und gleichzeitig möglichst wenig Energie verbrauchen. Besonders in Bereichen wie Industrieautomation, Medizintechnik und Automotive steigen die Anforderungen kontinuierlich. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme (Fraunhofer IPMS) haben nun gemeinsam mit GlobalFoundries eine neuartige Speichertechnologie entwickelt, die genau diese Anforderungen erfüllt. Die Innovation kombiniert hohe Geschwindigkeit, dauerhafte Datenspeicherung und einen äußerst geringen Energiebedarf. Für diese erfolgreiche Verbundforschung wurde das Projektteam mit dem Wissenschaftspreis des Stifterverbandes „Forschung im Verbund“ ausgezeichnet.
Im Mittelpunkt der Entwicklung steht ein ferroelektrischer FRAM-Speicher (Ferroelectric Random Access Memory), der auf Hafniumoxid basiert. Die Technologie nutzt Veränderungen der Polarisation innerhalb eines Kristallgitters, um Informationen dauerhaft zu speichern. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die Daten auch ohne Stromversorgung erhalten bleiben und beliebig oft ausgelesen werden können, ohne verloren zu gehen.
Einen entscheidenden Fortschritt erreichte das Forschungsteam durch die Integration der FRAM-Zellen in den industriellen 22FDX®-Technologieknoten von GlobalFoundries. Die Plattform ist speziell für die Fertigung von Ultra-Low-Power-Mikrochips ausgelegt. Die entwickelten Speicherzellen arbeiten mit Betriebsspannungen von unter einem Volt, schalten innerhalb weniger Nanosekunden und zeichnen sich durch eine hohe Zyklenfestigkeit aus. Damit eignen sie sich für zahlreiche Anwendungen mit hohen Anforderungen an Zuverlässigkeit und Energieeffizienz.
Besonders interessant ist die Technologie für Edge-KI-Anwendungen, bei denen Daten direkt auf dem Endgerät verarbeitet werden. Durch den geringen Energieverbrauch können autonome Sensoren, batteriebetriebene Systeme und intelligente Geräte deutlich effizienter arbeiten. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für den Einsatz Künstlicher Intelligenz außerhalb großer Rechenzentren.
Das Projekt basiert auf einer langjährigen Zusammenarbeit zwischen Fraunhofer IPMS und GlobalFoundries am Standort Dresden. Innerhalb des Innovationsnetzwerks Silicon Saxony wurden Materialien, Prozesse und Fertigungstechnologien gemeinsam entwickelt und auf industrielle Anforderungen abgestimmt. Die Partner sehen darin einen wichtigen Beitrag zur Stärkung des Halbleiterstandorts Deutschland und zur Entwicklung leistungsfähiger, robuster sowie energieeffizienter Elektronik der nächsten Generation.
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