Halbleitertechnologien für GreenICT Innovationswettbewerb

Mit dem Ziel, den Energieverbrauch der Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT, engl. ICT) zu senken, hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) den Innovationswettbewerb »GreenICT« gestartet. Das Fraunhofer IAF nimmt mit dem Verbundprojekt »EdgeLimit – Grenzbetrachtung der Leistungselektronik in modernen Edge-Cloud Systemen« teil. Darin erforschen sie mit den Projektpartnern Fraunhofer IIS und der Universität Freiburg/INATECH disruptive Halbleitertechnologien und Ansätze, u. a. für energieeffizientere Mobilfunkantennensysteme.

Die Teilnahme an dem Innovationswettbewerb findet in Form eines neunmonatigen Vorprojekts statt. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF nimmt mit dem Projekt »EdgeLimit« teil, in dem es gemeinsam mit zwei Projektpartnern Bewertungen von Halbleitertechnologien, Komponenten sowie Subysstemen vornimmt und evaluiert, wie damit die Effizienz z. B. eines Edge-Cloud-Systems verbessert werden kann.

Moderne vernetzte IKT-Systeme besitzen neben den zentralen Datenverarbeitungs-Infrastrukturen (Cloud) zunehmend Kapazitäten zur Sammlung und Verarbeitung von Informationen am Rand des Netzwerks (Edge) sowie Systeme für den Datentransfer zwischen Cloud und Edge. Hier setzt das Projekt EdgeLimit an. Ziel ist es, bei Gewinn des Folgeprojekts, mit weiteren Partnern aus der Industrie ein komplettes Antennensystem, einen sogenannten »Remote Radio Head« (RRH), zu realisieren, der eine energieeffizientere Übertragung in dem vom Mobilfunkstandard neu erschlossenen Millimeterwellenbereich ermöglicht. Das Einzigartige an dem Projektvorhaben ist die frühe Verbindung grundlegend neuer Halbleiterkomponenten mit realen und anpassbaren Systemtechnologien auf Forschungsebene. 

Halbleitertechnologie für effizientere Antennenverstärker

Neuste Mobilfunkantennen werden in Form sogenannter massive-MIMO-Antennenarrays (MIMO: Multiple Input Multiple Output) realisiert. Die Zahl der Antennenelemente in solchen Arrays steigt bei zunehmenden Frequenzen stark an und damit verbunden auch die Anzahl integrierter Leistungsverstärker. Diese verfügen heutzutage leider über eine sehr niedrige lineare Leistungseffizienz, die bei steigender Frequenz stark abnimmt. Um den extrem anwachsenden Energiebedarf moderner Antennensysteme zu begegnen, setzen die Projektpartner u. a. auf neue Halbleitertechnologie, die das Potenzial hat, die Leistungseffizienz in integrierten Schaltungen (MMICs) durch besser Anpassung, höhere Verstärkung und höhere Leistungsdichte grundsätzlich zu erhöhen.

»Gemeinsam mit dem INATECH in Freiburg und dem Fraunhofer IIS wollen wir neue Technologien und Konzepte nun im Hinblick auf nachhaltigere Antennensysteme bewerten und anschließend mit Industriepartnern erschließen«, erklärt der Projektkoordinator Prof. Dr. Rüdiger Quay, stellvertretender Leiter des Fraunhofer IAF und Professor für Energieeffiziente Hochfrequenzelektronik.