NEEDS

Zukünftige elektronische miniaturisierte Systeme werden unseren Alltag in vielen, heute noch kaum überschaubaren Situationen unterstützen. Ein Beispielszenario: Stellen Sie sich vor, Sie stellen Ihre Waschmaschine morgens vor dem Weg zur Arbeit so ein, dass diese am Nachmittag die erzeugte Energie ihrer Windkraftanlage verbraucht und so die angekündigten Windböen ausnutzt. Um nicht jedes Gerät individuell einzustellen, geben Sie dazu ein gewünschtes Energieprofil ein und eine intelligente Steuerung berechnet die optimale Konfiguration Ihrer elektrischen Geräte. Sollten Sie verreisen, bieten Sie Ihre regenerativen Energieerzeuger und -speicher im Stromnetz der Zukunft an. Dieses Beispiel ist ein Teil der Vision vieler Experten, die sich darin einig sind, dass die Auswirkungen des Klimawandels in den nächsten Jahren große Herausforderungen mit sich bringen werden und der Umgang mit Energie sich drastisch verändern wird. Heutige Steuerungen kapitulieren vor der Komplexität dezentraler Energieerzeugung, heterogenem Energieverbrauchs und fehlenden Möglichkeiten der Speicherung.

Die Miniaturisierung von Elektroniksystemen und die Möglichkeit der Integration von sehr verschiedenartigen Komponenten wie Sensoren und Aktoren ermöglichen immer neue Anwendungsfelder für Elektroniksysteme, vergleichbar wie das oben beschriebene Szenario. Die Industrie kann neuartige, kompakte und intelligente Instrumente ebenfalls in den Bereichen Umwelttechnik und Gesundheit, aber auch für Steuerungen im Auto und in Werkzeugmaschinen einsetzen und so einen entscheidenden Mehrwert in zukünftige Produkte realisieren. Damit hat sich die IKT-Industrie zu einem Innovationsmotor für die gesamte Industrie entwickelt. Kontinuierliche Verbesserungen der Entwurfsverfahren und die Anwendung neuer Technologien erweitern die Einsatzmöglichkeiten von IKT Systemen, beispielsweise durch:

·         Reduktion des Energieverbrauchs

·         Integration heterogener Komponenten in einem System (beispielsweise Elektronik zusammen mit optischen und mechanischen Sensoren)

·         Ständig fallende Herstellungskosten

Mit wachsen Anforderungen an die Komplexität sind ganze Systeme auf einem Chip (auch System on Chip, SoC, genannt) entstanden. Die Integration neuer heterogener Funktionalität treibt die Produktionskosten eines SoCs stark in die Höhe. Eine Stapelung oder Schichtung von Silizium wurde bisher nur selten berücksichtigt. Dreidimensionale, gestapelte elektronische Schaltungen, auch 3D-Chips genannt, ermöglichen im Vergleich zu konventionellen planaren Chips, neue und zusätzliche Optimierungsoptionen komplexer heterogener IKT-Systeme.

·         Kompaktere Systeme durch das Weglassen von Chip-Gehäusen oder/und das Dünnen von Silizium

·         Schnellere Systeme, weil die Signalverzögerung durch die Leiterplatte und deren Verbindungsstrukturen wegfällt

·         Energieeffizientere Systeme, weil unnötiger Energieverbrauch  zur Signalübertragung  zwischen zwei Chips wegfällt

·         Wiederverwendung bereits existierender, erprobter Komponenten zu einem geschlossenen Gesamtsystem

·         Besserer Schutz von geistigem Eigentum durch Kapselung von Komponenten

·         Integration von Sensoren Aktoren und anderer Komponenten, die in unterschiedlichen Technologien gefertigt werden

Wie aber sollen diese neue Klasse von Systemen entworfen und produziert werden? Bestehende Werkzeuge und Entwurfsmethoden haben sich auf klassische zweidimensionale Chips spezialisiert. Für 3D-Chips sind neue Verfahren und Techniken notwendig, die die Systeme schon vor der Produktion in der Entwurfsphase analysieren und auch optimieren können. Um die 3D-Integration in Deutschland auf einer breiten Ebene einsetzen zu können, bedarf es einer neuen System-Entwurfs­kompe­tenz. Das Projekt NEEDS setzt hier an, um aus der Forschung für eine industrielle Anwendung neue Entwurfskonzepte zu erproben.

Ziel von NEEDS ist es, eine Entwurfskompetenz für 3D-Chips für heterogene Systeme in Deutschland aufzubauen. Der neue Entwurfsprozess wird zusammen mit den Industriepartnern unter Berücksichtigung der besonderen Anforderungen des Elektronikmarkts erforscht und für die industrielle Praxis vorbereitet.

Durch die Erforschung eines Entwurfsprozesses für 3D-Elektronik-Komponenten leistet NEEDS einen entscheidenden Beitrag zur Reduktion des Energie- und Ressourcenverbrauchs von zukünftigen IKT-Systemen. Den Anforderungen entsprechend ist das Projekt NEEDS als ein Vorlaufforschungsprojekt, ein so genanntes Innovatives Clusterforschungsprojekt geplant, das von der Industrie initiiert und ausschließlich durch Universitäten und Forschungseinrichtungen ausgeführt wird. In diesem Projekt werden daher Methoden erforscht, die in 5-10 Jahren im 3D-Schaltungsentwurf zum Einsatz kommen können. Hierbei werden die EDA-Bereiche gestärkt, die für Deutschland von herausragender Bedeutung sind. Clusterforschungsprojekte vernetzen darüber hinaus die deutsche Forschungslandschaft, setzen Impulse in der universitären Ausbildung und führen die Forschung an die industriellen Erfordernisse heran. Diese Projekte werden gemeinsam vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und der initiierenden Industrie getragen.