Black Semiconductor entwickelt die nächste Chipgeneration

Durch den KI-Boom steigt der Bedarf an Rechenleistung und damit an leistungsfähigeren Chips. Das Problem: Die gängige Halbleitertechnik stößt an ihre Grenzen. Bei modernen Hochleistungschips bestehen Strukturen nur noch aus wenigen Dutzend Atomlagen. Eine weitere Verkleinerung wird technisch immer schwieriger und schlägt auf Leistung und Energieeffizienz. Die Antwort des Aachener Start-ups Black Semiconductor: Chips, die Daten mit Licht statt mit Strom übertragen. Das sei die Technologie der Zukunft, sind die Gründer Dr. Daniel Schall und sein Bruder Sebastian Schall überzeugt. 

So funktioniert der Chip

Der Ansatz der Aachener funktioniert wie folgt: Eine zentrale Rolle spielt Graphen, eine nur eine Atomlage dünne Kohlenstoffschicht. Das Start-up integriert das Material in Bauteile, die zwischen elektrischen und optischen Signalen übersetzen. Ein Modulator überträgt zunächst die Information des elektrischen Signals auf Licht. Optische Wellenleiter leiten das Lichtsignal weiter.

Der Vorteil: Licht kann große Datenmengen transportieren, mit hoher Bandbreite und potenziell geringerem Energiebedarf. Am Ziel trifft es auf einen Photodetektor, der die Information wieder in ein elektrisches Signal umwandelt, mit dem die Recheneinheit arbeiten kann. Auch hier kommt Graphen als aktives Material zum Einsatz.

Der Weg in die industrielle Fertigung

Black Semiconductor entwickelt eine eigene Produktionstechnologie, die das Start-up Integrated Graphene Photonics (IGP) nennt. Den Schritt von der Entwicklung in die industrielle Fertigung soll die FabONE ermöglichen: eine 300-mm-Produktionslinie, auf der Black Semiconductor die Technologie in industriell relevantem Maßstab auf großen Wafern fertigen will. Die Anlage soll nach Angaben des Unternehmens die erste ihrer Art und bis Ende 2026 betriebsbereit sein.

Perspektivisch wollen die Gründer die optischen Verbindungen über einzelne Chips ausdehnen. Mehrere Chiplets sollen dafür auf einem Interposer sitzen, auf einer verbindenden Trägerplatte aus Glas, in die sich die photonischen Verbindungen integrieren lassen. So sollen auch zwischen vielen Chiplets große Datenmengen optisch übertragen werden können.

Festakt im Krönungssaal der Rathauses

Am 5. September nehmen Dr. Daniel Schall und Sebastian Schall für Black Semiconductor den Aachener Ingenieurpreis 2026 entgegen. Die Übergabe erfolgt in einem Festakt im Krönungssaal des Rathauses. „Durch die Entwicklung neuartiger Chip-Interconnects auf Basis von Graphen setzt Black Semiconductor neue Maßstäbe für energieeffiziente und hochskalierbare Datenverbindungen direkt auf dem Chip.

Dieser innovative Ansatz adressiert zentrale Leistungs- und Effizienzgrenzen bestehender Halbleiterarchitekturen und trägt entscheidend zur nächsten Generation von Hochleistungs- und KI-Systemen bei“, heißt es in der Begründung des Beirats des Aachener Ingenieurpreises.

Aachener Ingenieurspreis: Die bisherigen Preisträger

• Berthold Leibinger – Gesellschafter der TRUMPF GmbH + Co. KG und erster Preisträger
• Franz Pischinger – Gründer der FEV Motorentechnik GmbH
• Thomas Reiter – Astronaut
• Manfred Weck – langjähriger Direktor am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen
• Emmanuelle Charpentier – Mikrobiologin, Miterfinderin der Genschere CRISPR-Cas9 und Nobelpreisträgerin
• Hans Peter Stihl – Unternehmer
• Sebastian Thrun – Technologiepionier
• Mai Thi Nguyen-Kim – Wissenschaftsjournalistin
• Melanie Maas-Brunner – ehemalige CTO der BASF
• Sabine Klauke – CTO bei Airbus
• Thorsten Sieß – CTO bei Abiomed und Entwickler der kleinsten Herzpumpe der Welt

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Der Aachener Ingenieurpreis ist eine gemeinschaftliche Auszeichnung der RWTH und der Stadt Aachen. Jährlich werden Persönlichkeiten ausgezeichnet, die mit ihrem Schaffen einen maßgeblichen Beitrag zur positiven Wahrnehmung oder Weiterentwicklung des Ingenieurwesens beziehungsweise der Wissenschaften geleistet haben. Der Verein Deutscher Ingenieure (VDI) unterstützt die Auszeichnung als Preisstifter.

Gründung aus Forschungsinstitut heraus

Die Brüder gründeten das Start-up im Jahr 2020 aus dem Forschungsinstitut AMO heraus. Das junge Unternehmen hat schnell an Fahrt aufgenommen. Es hat eine dreistellige Millionensumme an Investitionen gesammelt. Das Team ist mittlerweile auf 170 Mitarbeitende aus 30 Nationen gewachsen. Zukünftig könnte das Unternehmen die technologische Unabhängigkeit Europas von den Weltmarktführern in den USA und China ausbauen.

„Black Semiconductor stärkt den europäischen Halbleiterstandort durch seine enge Zusammenarbeit mit der Forschung und seine industrielle Ausrichtung nachhaltig“, sagt Professor Ulrich Rüdiger, Rektor der RWTH. „Black Semiconductor steht für den Aufbruch einer neuen industriellen Ära in Aachen“, sagt Dr. Michael Ziemons, Oberbürgermeister der Stadt Aachen. „Hier entstehen nicht nur hochinnovative Chips, sondern auch Arbeitsplätze, internationale Strahlkraft und technologische Souveränität für Europa.“

Über die Black Semiconductor GmbH

Gründung: 2020

Branche: Halbleiter/Photonik

Mitarbeiter: 170

Vertrieb: weltweit

Umsatz: k. A.