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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.