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Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat die Gewinner des Ideenwettbewerbs "Clusters4Future" veröffentlicht. Zu den geförderten Clustern gehören die Zukunftscluster "Wasserstoff" und "NeuroSys – Neuromorphe Hardware für autonome Systeme der künstlichen Intelligenz" von der RWTH Aachen und Partnern aus der Region. 

Die AIXTRON SE (FWB: AIXA, ISIN DE000A0WMPJ6) ist Partner des Zukunftsclusters "NeuroSys". Als einer der führenden Anbieter von Depositionsanlagen für die Halbleiterindustrie entwickelt, baut und optimiert AIXTRON die notwendigen MOCVD-Anlagen für die neue Anwendung. Für die Arbeiten am Zukunftscluster "NeuroSys" wird eine Laufzeit von mehreren Jahren angesetzt. 

Der Zukunftscluster "NeuroSys" erforscht lernfähige und energieeffiziente neuromorphe KI-Chips mit dem Ziel, eine intelligente und ressourcenschonende Vor-Ort-Datenverarbeitung zu erlauben und damit eine wesentliche Voraussetzung für Anwendungen der Künstlichen Intelligenz (KI) zu schaffen. Allerdings birgt der Einsatz von Künstlicher Intelligenz Herausforderungen wie hohe CO₂-Emissionen, die die Klimaproblematik weiter verschärfen. Sie entstehen beim Trainieren großer neuronaler Netze auf Basis moderner Graphikprozessoren (GPUs) mit Deep-Learning-Methoden. Neuronale Netze auf GPU-Basis sind daher ökologisch nicht nachhaltig. 

Neuromorphe Systeme für ein ressourcenschonende Vor-Ort-Daten-Verarbeitung 

Ressourcenschonende neuromorphe Hardware, die neuronale Netze effizienter gestaltet und Datensicherheit als Designkomponente vorsieht, wird daher zum Schlüssel für den breiten Einsatz von KI. Dies gilt vor allem für Einsatzbereiche in autonomen Fahrzeugen, der Medizintechnik und Sensornetzwerken für intelligente Produktion oder Städteregionen. 

Neuromorphe Systeme sind den zwei Grundbausteinen des menschlichen Gehirns, den Neuronen und den Synapsen, nachempfunden. Sie können durch die Integration neuer Materialien mit bestimmten Eigenschaften eine ressourcenschonende Vor-Ort-Verarbeitung von Daten ideal leisten. Dies wird unter dem Stichwort "memristiv" zusammengefasst – aus dem Englischen "memory" für Speicher und "resistor" für elektrischen Widerstand. 

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der RWTH Aachen University und des Forschungszentrums Jülich konnten bereits die Funktionalität von neuromorphen Bauelementen aus memristiven Materialien nachweisen. Allerdings gibt es weltweit keine Pilotlinien und Produktionskapazitäten zur Herstellung beziehungsweise Integration von neuromorphen Chips im industriellen Maßstab. 

Chips auf neuartiger 2D-Materialbasis 

Auch muss das System aus Hardware, Design, Algorithmen und anwendungsgetriebener Software zusammenwirken, um die großen Vorteile neuromorpher Hardware nutzen zu können. Erforderlich ist daher ein Paradigmenwechsel mit der Chance, in dieser neuen Technologie eine Spitzenposition einzunehmen. "NeuroSys" will hier die entscheidenden Voraussetzungen erarbeiten. 

AIXTRON steht am Anfang der Wertschöpfungskette in diesem Projekt. Als Materialgrundlage für die neuromorphen Chips werden sehr dünne, nur wenige Atomlagen dicke Schichten aus neuartigen 2D-Materialien benötigt. Die Herstellung dieser Materialien auf möglichst großen Wafern ist die Kernkompetenz von AIXTRON. 

„Die Schaffung von neuronalen Netzen auf GPU-Basis, die ökologisch nachhaltig sind, ist eine große Herausforderung. Wir freuen uns, dass wir unseren Beitrag im Bereich Entwicklung und Bereitstellung der Materialbasis leisten können. Im Rahmen dieses und anderer Projekte werden wir die weltweit leistungsfähigste Technologieplattform für die industrielle Herstellung dieser Materialien entwickeln und in unserem Labor in Herzogenrath betreiben", sagt Professor Dr. Michael Heuken, Vice President Corporate Research & Development der AIXTRON SE und Professor an der RWTH Aachen University. 

Wichtiges Element auch für den Strukturwandel im Rheinischen Revier 

„Der Zukunftscluster ist eine große Chance für die Region Aachen-Jülich, insbesondere im Zusammenhang mit dem Strukturwandel im Rheinischen Revier. Wir treten an, exzellente Wissenschaft in Unternehmen und Start-Ups in der Region zu transferieren. Unsere Vision ist der Aufbau einer Fabrikationslinie in der Region Aachen. Dort soll dann die Co-Integration neuromorpher Funktionen durch neue Materialien in konventionelle Siliziumtechnologie erfolgen", so Professor Max Lemme vom Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente und Geschäftsführer der AMO GmbH. Er koordiniert die Forschungsarbeiten. 

Bei "NeuroSys" engagieren sich neben der RWTH Aachen University das Forschungszentrum Jülich, die AMO GmbH, die IHK Aachen, die Unternehmen AixACCT Systems GmbH, AIXTRON SE, AppTek GmbH, ELMOS Semiconductor SE, RWTH Innovation GmbH und STAR Healthcare Management. Darüber hinaus sind die Start-Ups AiXscale Photonics UG, Black Semiconductor GmbH, Clinomic GmbH sowie Gremse-IT GmbH involviert. 

"Clusters4Future" ist Teil der Hightech-Strategie 2025 der Bundesregierung. Der themenoffene Wettbewerb setzt auf regionale Innovationsnetzwerke, die die Stärken der Akteure verbinden, aufkommende Innovationsfelder erschließen und Lösungen für die Herausforderungen der Zukunft entwickeln.

Weitere Informationen zu "Clusters4Future" hier

Das Projekt "NeuroSys" wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert werden.