Innovation im Halbleitermarkt: Chiplets als Wegbereiter der Zukunft

7. Februar 2024 | Ein Expertengespräch mit Andy Heinig, Fraunhofer IIS, Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme EAS

Chiplets sind kleine Bauteile, die leistungsstarke Systeme bilden und die Halbleiterproduktion effizienter machen. Die Entwicklung erfordert Standards und fortschrittliche Design-Tools. Das Fraunhofer IIS arbeitet eng mit Industriepartnern zusammen, um Chiplet-basierte Systeme zu optimieren. Diese modulare Technologie bietet Flexibilität und trägt zur technologischen Unabhängigkeit bei. In der Messtechnik und anderen Branchen werden mit Chiplets hoch-performante Systeme aufgebaut. Kleinere Unternehmen können Nischenmärkte bedienen. Die Chiplet-Technologie wird die globale Halbleiterindustrie prägen, Wettbewerb und Kooperation fördern und Innovationen vorantreiben. Andy Heinig ist Abteilungsleiter für Effiziente Elektronik am Fraunhofer IIS in Dresden und erläutert die Bedeutung von Chiplets.

Foto von Andy Heinig
© Fraunhofer IIS/Paul Pulkert
Andy Heinig, Abteilungsleiter für Effiziente Elektronik am Fraunhofer IIS, Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme EAS in Dresden.

Können Sie uns etwas über die Kooperation zwischen dem Fraunhofer IIS und Industriepartnern in Bezug auf Chiplets erzählen?

 

Andy Heinig: Wir möchten hier in Dresden ein Chiplet Center of Excellence (CCoE) etablieren, wo sowohl Forschende des Fraunhofer IIS als auch Vertreterinnen und Vertreter der Industrie gemeinsam an diesem Thema arbeiten werden. Im Moment fokussieren wir uns dabei auf das Feld der Automobilindustrie und wollen dazu mit verschiedenen Automobilzulieferern im Bereich Chiplet-Technologie forschen. Hierbei bearbeiten wir die Fragestellung, wie Systeme beispielsweise für das autonome Fahren und fortschrittliche Assistenzsysteme in Zukunft aussehen können. Neben diesen konkreten Beispielen sind aber noch laufende Forschungsprojekte mit einzelnen mittelständischen bis größeren Industriepartnern zu nennen, bei denen es eher um die Entwicklung von Komponenten und Basisbausteinen geht. Bei einer weiteren aktuellen Kooperation mit Samsung geht es darum, eine zweite Generation eines Test-Chips im Rahmen des Chiplet-Interface-IP-Projekts umzusetzen.

Blicken wir auf den globalen Markt: Welche Rolle wird die Chiplet-Technologie in der Zukunft spielen, insbesondere in Bezug auf internationale Wettbewerbsfähigkeit und Kooperationen?

 

Andy Heinig: Die Chiplet-Technologie wird eine Schlüsselrolle in der globalen Halbleiterindustrie spielen. Sie fördert sowohl Wettbewerb als auch Kooperationen, da sie eine Plattform für innovative Entwicklungen und Zusammenarbeit bietet. Durch den modularen Aufbau können auch kleinere Systemanbieter im Bereich der Elektronik auf dem Weltmarkt konkurrieren. Zugleich eröffnen sich Möglichkeiten für internationale Kooperationen, um gemeinsam Standards zu setzen und die Interoperabilität weiter voranzutreiben. Ich sehe hier eine Zukunft, in der die Chiplet-Technologie die Basis für eine vernetzte, innovative Halbleiterbranche bildet, die über Länder- und Firmengrenzen hinweg agiert.

© Fraunhofer IIS
Vereinfachte Darstellung des Chiplet-»Baukastens«

Hintergrund: Chiplets

Chiplets sind kleine Schaltkreise, die wie Baukastenelemente zusammengesetzt werden können. Sie ermöglichen viele verschiedene Funktionen und werden als die Zukunft im Chipdesign gesehen. Chip-Packaging-Lösungen, also Chip-Stapelungen, ermöglichen die Einbindung verschiedener Funktionseinheiten auch in unterschiedlichen Technologien auf einem Substrat oder in einem 3D-Aufbau. Damit können Elektronik-Entwickler die jeweils passfähigsten Fertigungstechnologien nutzen, um zum Beispiel Funktionalitäten, die Schaltkreise in neuesten Halbleitertechnologien benötigen, auf einige wenige Schaltkreise zu konzentrieren, anstatt sie für den kompletten Chipaufbau nutzen zu müssen.

Das klingt nach einer bedeutenden Innovation. Welche Herausforderungen sehen Sie in der Entwicklung und Integration dieser Technologie?

 

Andy Heinig: Einer der größten Stolpersteine ist die Schaffung von Standards für die Interaktion zwischen Chiplets verschiedener Hersteller. Darüber hinaus erfordert die nahtlose Integration von Chiplets in ein Gesamtsystem fortgeschrittene Design- und Testverfahren.

 

Mit Blick auf die Zukunft der Halbleiterindustrie und die steigende Bedeutung der technologischen Unabhängigkeit, wie schätzen Sie die Rolle von Chiplets in diesem Kontext ein?

 

Andy Heinig: Chiplets werden zukünftig einen wesentlichen Teil in der Entwicklung der Halbleiterindustrie einnehmen. Sie bieten die Möglichkeit, schnell auf Marktbedürfnisse und technologische Veränderungen zu reagieren und tragen wesentlich zur technologischen Unabhängigkeit bei, indem sie die Abhängigkeit von einzelnen Großherstellern reduzieren.

 

Welche Fortschritte und Innovationen erwarten Sie in den nächsten Jahren im Bereich Chiplet-Technologie?

 

Andy Heinig: Ich erwarte eine Verbesserung der Interoperabilität bezüglich der sich aktuell in Entwicklung befindlichen Standards und eine zunehmende Integration von Chiplets in verschiedensten Anwendungsbereichen, von der Automobilbranche bis hin zur Messtechnik.

 

Der Beitrag wurde mit freundlicher Unterstützung durch Studierende der TH Nürnberg im Rahmen einer Seminararbeit von Robert Moors und Rabia Yorulmaz erstellt.  

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