Die Grafik zeigt beispielhaft den dreidimensionalen Aufbau, die Kontakte (Interconnects) und Schnittstellen (Interfaces) zwischen Chiplets und verschiedenen Chipebenen. Grafik: Fraunhofer-IIS / EAS
Sachsen und Kalifornier planen Demonstrator für Auto-Radaraugen und 5G-Funk
Dresden/Santa Clara, 3. Mai 2023. Damit europäische Unternehmen auch ohne milliardenteure Chipfabriken der Oberklasse Hochleistungs-Schaltkreise für Autos, Mobilfunk-Systeme oder Messgeräte bauen können, wollen Fraunhofer Dresden und die kalifornische Halbleiter-Firma „Achronix“ aus Santa Clara künftig enger in der sogenannten „Chiplet“-Technologie zusammenarbeiten. Das hat der Fraunhofer-Institutsteil für die „Entwicklung Adaptiver Systeme“ (EAS) in Dresden angekündigt. Als Beispiellösung wollen sie mehrere Schaltkreise auf engstem Raum zusammenfügen, die besonders schnell analoge in digitale Signale umwandeln und vorverarbeiten können. Mögliche Einsatzfelder für solche Kombinations-Chips sind beispielsweise Radar-Augen für Fahrerassistenzsysteme in modernen Autos oder 5G-Mobilfunksysteme.
Auch der weltweit größte Auftragsarbeiter TSMC in Taiwan arbeitet schon mit Chiplets – hier ein Prozessor für Supercomputer. Foto: TSMC
Viele Schaltkreise zu einem verschmelzen
Hintergrund: Selbst Chipriesen wie Nvidia, Apple, TSMC und Intel neigen mittlerweile dazu, besonders leistungsfähige Schaltkreise nicht unbedingt mehr „in einem Guss“ herstellen zu wollen, sondern fügen dafür immer öfter Chips unterschiedlicher Technologie-Generationen zu sogenannten Chiplets zusammen. Die sind dann nicht über die vergleichsweise langsamen Leiterbahnen von Leiterplatten miteinander verbunden, sondern direkt über die Chip-Ebenen, so dass sie in vieler Hinsicht wie ein Schaltkreis agieren. Das können beispielsweise Rechenwerke, Speicher, Analogwandler, Funkmodule und andere Schaltkreise sein, die gleich in den Chip-Fabriken über- oder nebeneinander gestapelt und durchkontaktiert werden. Als Kontaktiertechnologien setzen die Kooperationspartner EAS und Achronix übrigens konkret auf die Ansätze „Bunch of Wires“ (BoW) und „Universal Chiplet Interconnect Express“ (UCIe).
Chance für die Europäer
Auch für europäische Unternehmen ist diese Technologie interessant, da sie ohnehin keinen direkten Zugriff auf Chipwerke der allerneuesten Generation mit Strukturbreiten unterhalb von zehn Nanometern haben – und die ohnehin oft auch nur für einige wenige kritische Rechenfunktionen brauchen. Wenn sie insofern sich ihre Schaltkreise wie aus mit einem Lego-Baukasten von Fabriken in Europa und Asien als Chiplets zusammenbasteln lassen könnten, und dabei womöglich auch austauschbare Chipwerke verwenden könnten, dann könnte dies womöglich viele Hightech-Lieferkettenprobleme der Europäer lösen.
Andy Heinig ist im Fraunhofer-EAS Dresden für effiziente Elektronik und Systemintegration zuständig. Foto: Heiko Weckbrodt
Wertschöpfungsketten dafür haben noch viele Lücken
Allerdings ist auch die Chiplet-Technologie anspruchsvoll. Deshalb arbeiten Akteure wie eben die EAS-Ingenieure derzeit mit Partnern daran, sie in den Griff zu bekommen und dafür geeinigte regionale und globale Wertschöpfungsketten aufzubauen. Dafür kooperiert Fraunhofer eben beispielsweise mit Achronix in Kalifornien und mit Samsung in Südkorea. EAS-Chiplet-Experte Andy Heinig plädiert anderseits aber auch dafür, in Sachsen eigene Kapazitäten für die 3D-Integration, Chiptests und -endmontage aufzubauen.
Autor: Heiko Weckbrodt
Quellen: Fraunhofer EAS, Achronix, Oiger-Archiv
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