Area 1 – Mikro- und Nanotechnologien: Technologien für energieeffiziente Computing-Plattformen

Im Spitzencluster Cool Silicon entwickeln sächsische Hochschulen, Forschungsinstitute und Unternehmen gemeinsam neue Technologien für energiesparende Computing-Plattformen und elektronische Systeme. Im Detail beschäftigen sich die Projekte der Area 1 „Mikro- und Nanotechnologien“ mit den Basistechnologien für energieeffiziente IKT-Produkte und deren Anwendung in Computern. Ihr Ziel: In Zukunft soll die IT-Branche schon beim Entwurf einzelner Komponenten nicht nur die  Rechenleistung, sondern auch die Energieeffizienz optimieren.

Computer werden immer leistungsfähiger – doch mit der Rechenleistung wächst auch ihr Energieverbrauch. Experten haben errechnet: Wenn ein Unternehmen eine Million US-Dollar in Server investiert, dann waren im Jahr 2000 für das Betreiben dieser Computer 43.000 US-Dollar pro Jahr allein an Stromkosten zu bezahlen. Investiert ein Unternehmen heute die gleiche Summe, sind für den Energieverbrauch bereits 327.000 US-Dollar jährlich einzuplanen – und für die One-Million-Dollar-Serverfarm 2012 ist eine Stromrechnung in Höhe von 650.000 US-Dollar zu erwarten. Damit wären bei einer Nutzungsdauer von drei Jahren die Energiekosten beinahe doppelt so hoch wie der Kaufpreis der Computer.

Der Energieverbrauch von Computern hat sich damit innerhalb weniger Jahre zu einem Kostenfaktor entwickelt, den kein Unternehmen mehr vernachlässigen kann. Stromspar-Technologien gehört die Zukunft. Deshalb wollen Forscher aus Sachsen diese Technologien möglichst schnell auf den Markt bringen. Die Verbundprojekte der Area 1 arbeiten daran, zu zeigen, dass eine enorme Steigerung der Rechenleistung auch ohne Mehrverbrauch an Energie realisierbar ist.

Den größten Anteil am gesamten Energiebedarf der Informations- und Kommunikationstechnik haben PCs und Endgeräte, wie Bildschirme und Monitore, gefolgt von Rechenzentren und der Netzwerktechnik. Die Projekte CoolComputing, CoolFab, CoolFlow, CoolMaskMetro, CoolDrivers sowie CoolTrans, CooliBit, CoolAnalytics, CoolE3NVM und CoolProjector arbeiten nun an einem ganzheitlichen Ansatz: der Entwicklung energiesparender Komponenten über die Betriebs- und Anwendersoftware bis hin zu Analyse- und Fertigungsmethoden, ohne die die neuen Technologien nicht in die Produktion überführt werden können.

Ziel der Forscher im Projekt CoolComputing ist die Verdoppelung der Rechenleistung ohne Erhöhung des Energieverbrauches. Die Forscher sind bereits auf einem sehr guten Weg: Wichtige Bauelemente der Prozessoren wurden bereits erfolgreich um ein Drittel verkleinert – das erlaubt eine platz- und energiesparende Integration mehrerer Komponenten auf einem Chip. Derzeit wird an der Entwicklung einer Robustheitskennzahl, die es Ingenieuren erlaubt, bereits in frühen Entwurfsphasen „Energiefresser“ zu identifizieren und zu entfernen, gearbeitet. Doch nicht nur die Komponenten sind Teil der Energierechnung. Auch die einzelnen Prozess- und Logistikschritte benötigen mit steigender Komplexität der Elemente mehr Energie. Das Projekt CoolFab wirkt dem entgegen und entwickelte eine Software zur Analyse der einzelnen Fertigungsabläufe. Mit diesem Werkzeug können Logistikzeiten bereits um mindestens 26 Prozent verkürzt werden. Die begleitenden Vorhaben CoolTrans und CoolBIT untersuchen neue Materialien zur Verbesserung der Transistoreigenschaften und der Entlastung von Prozessoren in energieaufwendigen Arbeitszyklen.

In der zweiten Phase werden nun die gewonnen Erfahrungen aus Cool Computing weitergeführt und durch applikationsnahe Projekte wie CoolDrivers und CoolE3NVM sowie technologieorientierte Projekte wie CoolFlow und Cool Analytics ergänzt. Das Projekt CoolMaskMetro erforscht die Bewertung von High-End-Photomasken, die in der Herstellung von skalierten Bauelementen eingesetzt werden, wohingegen sich CoolDrivers mit den Ansteuerchips für den weltweiten Hauptverbraucher für elektrische Energie, dem Elektromotor, beschäftigt. CoolE3NVM entwickelt die Technologie für nichtflüchtige Speicher weiter. Der zu entwickelnde nichtflüchtige SRAM Speicher wird im Vergleich zu einem auf dem Markt befindlichen 4Mbit NOR Flash Speicher einen um den Faktor 100 geringeren Energieverbrauch beim Speichern der Daten haben. Und auch mobile Endgeräte, wie Smartphones und Pocket Media Player erfahren mithilfe der Forscher in Area 1 eine Revolution: Das Projekt CoolProjektor entwickelt extrem kleine und leistungsstarke OLED-Displays, deren Einsatz maximales Vergnügen bei einer Verzehnfachung der Betriebsdauer im Akkubetrieb erlaubt.

Area 1 des Spitzenclusters Cool Silicon entwickelt Basistechnologien und Analyse- und Produktionsmethoden für die Herstellung energieeffizienter Elektronik und legt damit den Grundstein für eine nachhaltige Lösung der wachsenden Nachfrage an Rechnern und Endgeräten.

Kontakt: media@cool-silicon.org