»Nur durch Vernetzung und Kooperation werden wir die Erwartungen an die moderne Mikroelektronik erfüllen«

19. April 2021

Mikroelektronik bildet die Grundlage für die Innovationskraft in vielen Branchen. Um die europäische Halbleiter- und Elektronikindustrie im globalen Wettbewerb zu stärken wurde 2017 die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) ins Leben gerufen. Über das Erreichte und die Erwartungen an die moderne Mikroelektronik sprachen wir mit dem Vorsitzenden der FMD und dem Sprecher des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik, Professor Albert Heuberger.

© Fraunhofer IIS / Katharina Knaut
Um Elektronik sicher und zuverlässig einzusetzen, muss man nachvollziehen können, was sie macht und wie sie aufgebaut ist.
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Beispiel für ein energiesparendes, lernfähiges System der Zukunft: die »intelligente Schraubverbindung«.
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Zur Erreichung der deutschen und europäischen Klimaschutzziele ist Mikroelektronik ein wichtiger positiver Baustein.

Prof. Heuberger, der Aufbau der FMD ist weitgehend abgeschlossen: Was wurde erreicht und wie geht es jetzt weiter?

Die umfangreichen Investitionen in die Infrastrukturen der Institute konnten bis auf wenige durch die Covid19-Pandemie bedingte Verzögerungen abgeschlossen werden. Nun sind wir in der Phase der Umsetzung und Verstetigung des Modells der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland. Einen ersten Schritt haben wir mit der Neuaufstellung der Geschäftsstelle schon getan. Schon jetzt gilt die FMD als Vorbild, wenn es darum geht, unterschiedliche Kompetenzen der verschiedenen Institutionen mit einer gemeinsamen Strategie und mit gebündelten Angeboten an die Industrie aufzustellen.

Auch weiterhin gilt: Durch konsequente Verknüpfung und strategische Weiterentwicklung der Expertise unserer Institute auch zukünftig die technologische Souveränität und Attraktivität von Deutschland und Europa für die Spitzenforschung aufrechtzuerhalten! Es ist wichtig, die Zukunftsthemen zielgerichtet und gemeinsam voranzutreiben – um gegenüber den Wettbewerbern in den USA und Asien schneller zu agieren als in der Vergangenheit.

Mit der Digitalisierung stehen viele Branchen vor einem tiefgreifenden Umbruch. Welche Herausforderungen gilt es für die Mikroelektronik dabei zu bewältigen?

Künstliche Intelligenz (KI), Industrie 4.0, autonomes Fahren – all diese digitalen Entwicklungen benötigen neue Verfahren, Prozesse und Geschäftsmodelle für die Übertragung, Speicherung und Verarbeitung der Datenmengen. Die heute existierenden Computertechnologien werden neuen Anforderungen an Energieverbrauch, Datenverarbeitung und Transferzeiten kaum mehr gerecht. Mit der wachsenden Abhängigkeit von digitalen Netzen und Daten, steigen auch die Anforderungen an die Sicherheit. Dabei kommt vor allem der technologischen Souveränität, also der Selbstbestimmung und Kontrolle über Systeme und Daten, in Deutschland und Europa eine zentrale Rolle zu. Bislang führte die Marktmacht vor allem US-amerikanischer IT-Konzerne wie Microsoft und Google zu nahezu alternativlosen Abhängigkeiten. Gleiches gilt im Bereich der Chipfertigung, die zum überwiegenden Teil in Asien stattfindet.

Vertrauenswürdige Elektronik und Datensicherheit sind die Basis für alle digitalen, vernetzten Systeme, speziell für das Internet der Dinge, aber auch KI. Vor allem dort, wo personenbezogene oder sicherheitskritische Daten verarbeitet werden, wie in der Medizintechnik, beim autonomen Fahren oder bei kritischen Infrastrukturen, ist es essentiell, dass die Eigentümer die vollständige Kontrolle über ihre IKT-Systeme haben und Nutzer über die Eigenschaften der von ihnen genutzten Systeme informiert werden. Betrachtet werden muss dabei der gesamte Datenfluss – vom Endkunden bis zu der eigentlichen Hardware, die die Daten verarbeitet.

Können Sie uns Bespiele nennen wie die FMD der Industrie hierbei hilft?

Für neue Forschungsgebiete, die diese übergreifenden Kompetenzen brauchen, entwickeln wir komplette innovative Elektroniksysteme. Hierfür möchte ich drei Beispiele nennen.

Im Projekt TRAICT (TrustedResourceAwareICT) arbeiten acht FMD- Institute mit weiteren zehn Fraunhofer-Instituten gemeinsam an Rahmenbedingungen, damit Informations- und Kommunikationstechnik vertrauenswürdig und datenschutzkonform ist und dabei selbstbestimmt und sicher genutzt werden kann. Die Kernfrage ist: Wie lässt sich die Verlässlichkeit kritischer elektronischer Komponenten und Systeme in global verflochtenen Liefer- und Wertschöpfungsketten validieren und gewährleisten?

Viele kritische Komponenten digitaler Technologien werden heute außerhalb Europas hergestellt und in vielen Bereichen der digitalen Wertschöpfungskette besitzen ausländische Anbieter monopolähnliche Marktpositionen. Dies erzeugt eine große Abhängigkeit, die zum Nachteil Deutschlands werden könnte. Die im März gestartete Plattform für die Vertrauenswürdige Elektronik – kurz »Velektronik« – hat es sich zum Ziel gemacht, die komplette Wertschöpfungskette zu beleuchten und durchgehende Konzepte zu erstellen. Insgesamt sind 12 Partner – 11 Fraunhofer- und Leibniz-Institute der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland sowie das edacentrum – am Projekt beteiligt. Es sollen entsprechende Standards, Normen und Prozesse auf der Grundlage einer nationalen und europäischen Chipsicherheitsarchitektur entwickelt und in die Anwendung gebracht werden.

Trotz aller technischen Anstrengungen, immer energiesparendere elektronische Komponenten zu entwickeln, um insbesondere die durch elektronische Geräte unterstützte Mobilität zu erhöhen, ist der Gesamtenergieverbrauch der Informations- und Kommunikationstechnik kontinuierlich gestiegen. Aktuelle Entwicklungen zu lernfähigen Systemen und deren erwartete Verbreitung in allen Lebens- und Arbeitsbereichen verschärfen dieses Problem. Dabei wird sich der Energieverbrauch nicht nur auf große Rechenzentren konzentrieren, sondern vor allem auch in den sich immer weiterverbreitenden IoT-Geräten und -Systemen spürbar mehr Relevanz erlangen. Ein wachsender Anteil entfällt dabei auch auf die enorm zunehmende Übertragung von Daten. Für die Bewältigung dieser Herausforderungen plant die FMD ein Kompetenzzentrum für ressourcenschonende Informations- und Kommunikationstechnologien – kurz Kompetenzzentrum »Green ICT«.

Wir sind neugierig: Sie sind jetzt etwas mehr als ein Jahr der Vorsitzende der FMD und Sprecher des Verbunds. Was hat sich für Sie verändert?

Das letzte Jahr war für alle von uns mit großen Herausforderungen verbunden. Die Taktzahl der Online-Meetings und der fehlende persönliche Austausch mit den Kolleginnen und Kollegen der FMD hat auch meine Arbeitsweise und -kultur stark verändert. Ich bin dankbar, dass uns Technologie hier auch hilft, arbeitsfähig und in Kontakt zu bleiben. Mit der Rolle des Sprechers sind auch spannende Aufgaben, wie beispielsweise im Fraunhofer-Präsidium und in Europäischen Gremien verbunden. Ich finde es motivierend, dass aktuell die Bedeutung der Mikroelektronik für Zukunftsthemen wie Quantentechnologien oder die technologische Souveränität erkannt wird und dass ich auch persönlich Veränderungen in der deutschen Forschungslandschaft mitgestalten kann.

 

Prof. Albert Heuberger ist seit 2011 Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS. Prof. Heuberger ist unter anderem im Wissenschaftlich- Technischen Rat (WTR) der Fraunhofer-Gesellschaft, er ist Mitglied im Vorstand des Medical Valley Europäische Metropolregion Nürnberg (EMN) e.V., im Hochschulrat der Technischen Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm und der Hochschule Coburg sowie im Programmausschuss Kommunikation und Navigation der Deutschen Raumfahrtagentur. 2017 wurde er als Mitglied in die acatech, die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, berufen. Für seine Verdienste rund um die Fraunhofer-Gesellschaft erhielt er im Jahr 2019 die Fraunhofer-Medaille. Seit 2020 ist Prof. Heuberger Vorsitzender der FMD und Sprecher des Fraunhofer-Verbunds Mikroelektronik.