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Cool Silicon zieht eine Zwischenbilanz und präsentiert technische Ergebnisse
Das sächsische Spitzencluster Cool Silicon blickt bereits auf vier
Jahre erfolgreicher Forschungs- und Entwicklungsarbeit zurück. Am 24.
September 2012 stellte das Cluster einige seiner technischen Ergebnisse
der Presse vor.
Technische Projektergebnisse – Kleine Komponenten mit großer Wirkung
„Die Clusterpartner haben in den letzten vier Jahren wichtige
Meilensteine auf dem Weg zu energieeffizienter IKT erreicht und können
höchst interessante technische Projektergebnisse vorweisen“, sagt
Clusterkoordinator Prof. Thomas Mikolajick. In Area 1 „Mikro- und
Nanotechnologien“ ist es im Projekt „Cool Computing“ unter Leitung von
GLOBALFOUNDRIES gelungen, Prozessoren und andere Hochleistungschips mit
einer neuen Technologie zu entwickeln, die bei Strukturgrößen von 32 und
28 Nanometern den Stromverlust von Chips signifikant reduzieren. „Mit
der so genannten High-k-Metal-Gate-Technologie“, so Arealeiterin Dr.
Sabine Kolodinski, „lässt sich zum Beispiel die Laufzeit eines
durchschnittlichen Laptops oder Smartphones um 30 Prozent im Vergleich
zur Vorgängergeneration erhöhen. Auch W-LAN-Router benötigen dann
wesentlich weniger Strom”. Ein Beispiel: In Deutschland gibt es ca. 28
Millionen W-LAN-Haushalte. Wenn allein 20 Millionen von ihnen die neue
Technologie nutzen, würde der Energiebedarf um bis zu 60 Megawatt sinkt –
pro Jahr. So ließe sich ein Zehntel der Leistung eines
durchschnittlichen Kernkraftwerkes einsparen.
Mobilfunkbasisstationen mit Einsparpotenzial von über 20 Prozent
Kommunikationstechnologie der nächsten und übernächsten Generation
profitiert ebenfalls von der Arbeit in Cool Silicon. Die Projekte „Cool
BaseStations“ und „Cool BroadcastRepeater“ aus der Area
„Kommunikationssysteme“ forschen an energieeffizienten und
energieautarken Basisstationen für drahtlose Kommunikationstechnik.
„Durch eine adaptive Regelung ist es in „Cool Basestations“ und „Cool
BroadcastRepeater“ gelungen, den Leistungsverbrauch von
Leistungsverstärkern zu halbieren“, erklärt Prof. Frank Ellinger vom
Lehrstuhl für Schaltungstechnik und Netzwerktheorie an der TU Dresden.
In diesem Ansatz kann die Sendeleistung den Ansprüchen angepasst werden.
So wird beispielsweise weniger Leistung benötigt, wenn sich der Nutzer
in der Nähe einer Basisstation befindet. „Dadurch kann der
Leistungsverbrauch in Mobilfunktelefonen sowie in Modulen für das
digitale Fernsehen und Radio um bis zu 20 Prozent reduziert werden“, so
Ellinger weiter. In „Cool BaseStations“ wurden zudem Prozessoren
entwickelt, deren Taktfrequenz und Versorgungspannung adaptiv geregelt
werden kann. So ist es möglich, bis zu 40 Prozent der Energie in
Mikroprozessoren zu sparen.
Mikro- und Nanotechnologie findet sich auch da, wo man sie kaum
vermutet. Die im Projekt „Cool SensorNet“ der Area „Sensornetzwerke“
entwickelten energieautarken Sensoren leisten Großes: Einlaminiert in
Leichtbaustrukturen, die zum Beispiel im modernen Flugzeugbau oder bei
Windkraftanlagen verwendet werden, überwachen sie die Struktur und
melden Verschleiß – mit eigener autarker Stromversorgung. „Diese
Sensoren beziehen die für ihre Arbeit benötigte Energie aus den
natürlichen Schwingungen der Bauteile, die sie überwachen“, erklärt
Arealeiter Dr. Dieter Hentschel. „Dank dieser energieautarken Sensoren
werden Flugzeuge viel besser in Leichtbauweise realisierbar. Denn diese
bestehen aus Kohlefaserverbundstoffen, deren Struktur schwierig mit
traditionellen Methoden überwacht werden kann – diese Aufgabe übernehmen
die Cool Silicon Sensoren. So ermöglicht Cool Silicon den Bau von
Flugzeugen aus effektiven Kohlefaserverbundstoffen, die auf einem
Transatlantikflug etwa 25 Prozent weniger Kerosin benötigen als ihre
konventionellen Vorgänger. Mit dieser Entwicklung trägt das
Spitzencluster auch dazu bei, den Energiebedarf des zunehmenden
Luftverkehrs einzudämmen.“
Frühzeitige Nachwuchsarbeit: Das Cool Silicon Bildungsprojekt
Die Arbeit von Cool Silicon beschränkt sich jedoch nicht auf
Forschung und Entwicklung. Das Bildungsprojekt, eines der flankierenden
inhaltlichen Begleitprojekte des Spitzenclusters, kümmert sich um die
Nachwuchsarbeit. „Erfolgreiche Forschung braucht kluge Köpfe – und
besonders in der Mikro- und Nanotechnologie sind Experten gefragt. Die
Cool Silicon-Projekte setzen schon früh an: Wir wollen Schüler so früh
wie möglich an unserem Forschungsbereich interessieren“, erläutert Cool
Silicon-Vorstand Helmut Warnecke. In der „Lötpunkt-AG“ von Cool Silicon
werden schon Grundschüler spielerisch für das Thema Halbleiterei
begeistert. Ältere Schüler bekommen im Mentoring-Programm des
Spitzenclusters Studenten der MINT-Fächer zur Seite gestellt, die ihnen
zeigen, was in diesen Studiengängen auf sie zukommt. „Unsere Branche
braucht spezialisierte Fachleute. Daher haben wir gemeinsam mit der
Technischen Universität Dresden einen forschungsorientierten Studiengang
initiiert, der bereits im zweiten Jahrgang zukünftige Spitzenforscher
ausbildet“, so Helmut Warnecke weiter. Der englischsprachige
Masterstudiengang „Nanoelectronic Systems“ führt die Studenten im Laufe
von vier Semestern durch die Grundlagen und Herausforderungen
nanoelektronischer Systeme. „Die Studenten erleben dabei, wie die Cool
Silicon-Vision, nämlich IKT energieeffizienter zu gestalten, praktisch
umgesetzt werden kann. Denn theoretisches Wissen allein spart keine
Energie“, sagt Studiendekan und Cool Silicon-Koordinator Prof. Thomas
Mikolajick. Der Studiengang ist international sehr beliebt: Für den
zweiten Jahrgang, der im Oktober 2012 sein Studium aufnimmt, bewarben
sich 136 Männer und Frauen aus 20 Ländern. Für den Jahrgang 2011 hatten
sich 25 Interessierte aus 9 Ländern beworben.