Energieeffizienz 07.01.2011, 19:51 Uhr

Silicon Saxony hat Energiefressern in Chips und Systemen den Kampf angesagt

Effiziente Energienutzung in der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) haben sich 64 Forschungsinstitute und Unternehmen aus dem „Silicon Saxony“ auf die Fahne geschrieben. Im Forschungscluster „Cool Silicon“ arbeiten sie seit Ende 2009 zusammen und legten jetzt eine erste erfolgreiche Zwischenbilanz vor.

Sensornetze, die die Energie für ihren Betrieb aus Schwingungen der von ihnen überwachten Bauteile gewinnen Computer, die kein Netzteil mehr benötigen, weil sie mit Hochvoltchips ausgestattet sind und energieeffiziente Mobilfunktechnik – nach zwölf Monaten Forschungsarbeit legte der sächsische Spitzencluster „Cool Silicon“ kürzlich eine erste Zwischenbilanz vor. „Sowohl bei der Mikro- und Nanotechnologie als auch bei Kommunikationssystemen sind wir wesentlich vorangekommen“, sagt Clusterkoordinator Thomas Mikolajick.

Insgesamt 64 Forschungsinstitutionen und Unternehmen aus dem Silicon Saxony engagieren sich für die deutliche Verbesserung der Energieeffizienz in der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT). Das Silicon Saxony ist das größte europäische Mikro- und Nanotechnologiecluster. Ebenso breit aufgestellt sind die einzelnen Forschungsprojekte – ihre Themen reichen von Basistechnologien für den Mobilfunk über Technologien, die schon die Herstellung der Chips effizienter machen, bis hin zu Piezomaterialien für die Stromversorgung von Sensoren.

Das Spitzencluster besteht aus drei Teilbereichen. Im Bereich „Mikro- und Nanotechnologie“ beschäftigen sich die Forscher mit den Basistechnologien für energieeffiziente IKT-Produkte und deren Anwendung in Computern. Das Ziel: In Zukunft soll die IT-Branche schon beim Entwurf einzelner Komponenten nicht nur die Rechenleistung, sondern auch die Energieeffizienz optimieren. „Spätestens 2012 ist damit zu rechnen, dass bei einer Nutzungsdauer von drei Jahren die Energiekosten einer großen Serverfarm etwa doppelt so hoch sind wie der Kaufpreis der Computertechnik“, erläutert Mikolajick.

Das Teilprojekt „Cool Fab“ arbeitet zudem an der Optimierung von Abläufen bei der Produktion in der Mikroelektronik. Denn mit der Anzahl der Prozessschritte nehmen auch Transport-, Handhabungs- und Lagerzeiten stetig zu. Mit dem sogenannten „Logistik Monitoring Center“ lässt sich überprüfen, ob Umbauten oder veränderte Transportwege die Produktion effizienter machen können. Diese Software erlaubt es außerdem, die Planung neuer Fabs zu verbessern.

Erste Analysen zeigen, dass durch eine Neuanordnung der Fertigungsbereiche Transportreduzierungen um fast 20 % theoretisch möglich sind. „Außerdem konnten wir bei den Wartezeiten weitere Optimierungspotenziale finden. Durch den Einsatz robotergeführter Systeme lässt sich zum Beispiel die Arbeitsbelastung für den einzelnen Operator verringern“, sagt Mikolajick.

Schnellere Durchläufe und eine optimierte Fertigung können einen wesentlichen Beitrag zur Verringerung des Energieverbrauchs bei der Produktion von Halbleiterchips leisten. Die Steigerung der Produktivität soll zudem die Halbleiterfertigung in Dresden im Vergleich zu asiatischen Standorten wettbewerbsfähig erhalten und damit Arbeitsplätze im Silicon Saxony sichern.

Der zweite „Cool Silicon“-Bereich „Kommunikationstechnologie“ zielt auf die Erhöhung der Energieeffizienz von mobilen Kommunikationssystemen (Software und Hardware) sowie der erforderlichen Systemkomponenten. Gerade in diesem Segment sind enorme Effizienzgewinne möglich, wie ein Teilprojekt zeigt, das einen innovativen Leistungsverstärker zum Ergebnis hatte.

Diese Geräte sind üblicherweise auf eine maximale Leistung optimiert und verbrauchen deshalb viel Energie, berichtet Frank Ellinger, Inhaber des Lehrstuhls für Schaltungstechnik und Netzwerktheorie an der TU Dresden. Sein Diplomand Falk Haßler hat einen Gleichspannungswandler entwickelt, der seine Ausgangsspannung extrem schnell der Leistungsanforderung einer UMTS-Sendestufe anpassen kann.

Jungingenieur Haßler hat obendrein bereits einen entsprechenden Chip entworfen, der mittlerweile gefertigt und erfolgreich erprobt wurde. „Der durchschnittliche Leistungsverbrauch von Verstärkern in UMTS-Mobilfunksystemen kann dadurch halbiert werden“, so Ellinger. „Falls man diese Idee für alle Funksysteme weltweit einsetzen würde, dann könnte man vermutlich die Energie eines Kraftwerkes einsparen.“

Im dritten „Cool Silicon“-Forschungsbereich „Sensornetzwerke“ entstehen energieautarke und drahtlos vernetzte Sensorsysteme. Sie sollen unter anderem zur Überwachung von Bauteilen überall dort dienen, wo traditionelle Kontrollmethoden nicht ohne Weiteres anwendbar sind – zum Beispiel in Flugzeugen aus Kohlefaserverbundstoffen oder Flügeln von Windkraftanlagen. In solche Bauteile einlaminiert, sollen Sensorsysteme zukünftig Schwingungen von Bauteilen auswerten und so Schäden frühzeitig erkennen – und melden.

Insgesamt gehören zum Spitzencluster „Cool Silicon“ 192 Einzelprojekte, die über Technologien und Wertschöpfungsketten miteinander vernetzt sind. Für Silicon Saxony haben sie große wirtschaftliche Bedeutung, denn nur durch Innovationen lässt sich die Zukunft des Standortes sichern. ANKE MÜLLER

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