Edge-AI-Anwendungen verarbeiten Daten, wo sie entstehen. Das bietet Vorteile für die Sicherheit und Geschwindigkeit von KI-Systemen und findet vor allem in Bereichen wie Robotik, autonomes Fahren und Medizintechnik immer mehr Verwendung. Edge-AI ermöglicht Echt-Zeit Entscheidung bei sehr geringer Latenz. Für innovative europäische Unternehmen kann die Zugänglichkeit zu diesen fortschrittlicher Halbleiter-Technologien eine Herausforderung sein, da sie mangels eigener Fertigungskapazitäten häufig auf Zulieferer aus Asien und den USA angewiesen sind.

Um zukünftig Forschungseinrichtungen, Universitäten, Start-Ups und KMUs die Entwicklung von Next-Generation Edge-AI-Systemen zu ermöglichen, hat das PREVAIL-Konsortium in den vergangenen zwei Jahren eine Pilotlinie für die Fertigung dieser Technologie in Europa aufgebaut. Ziel der vier beteiligten Forschungseinrichtungen ist es, den Zugang zu diesen Zukunftstechnologien zu erleichtern und die technologische Souveränität Europas sicherzustellen.

Europäische Zusammenarbeit
Die am PREVAIL-Projekt beteiligten Forschungs- und Technologieorganisationen (RTOs) – CEA-Leti (Frankreich), Fraunhofer-Gesellschaft (Deutschland), imec (Belgien) und VTT (Finnland) – ergänzen sich komplementär in ihren Arbeitsschwerpunkten. Dadurch stärkt das Projekt die wissenschaftliche Zusammenarbeit auf europäischer Ebene und kann die gesamte Breite der für Edge-AI relevante Technologien abbilden.

Sie umfassen die Bereiche »Embedded Non-Volatile Memories«, »3DIntegration« sowie »Silicon Photonics and Connectivity«. Im Rahmen des PREVAIL-Projekts wird für jedes dieser Themenfelder ein Early-Stage Technologie-Demonstrator entwickelt. Dabei bringen die Projektpartner kollaborativ ihre Expertise ein. Jeder Demonstrator wird von mindestens zwei RTOs gemeinsam bearbeitet.

Exemplarisch für das Themenfeld »3D-Integration« soll gezeigt werden, wie sich verschiedene Mix-Pitch Verbindungstechnologien auf einem gemeinsamen Silizium-Interposer Substrat realisieren lassen. An diesem Demonstrator arbeiten neben CEA-Leti und imec auch Fraunhofer IZM-ASSID und Fraunhofer EMFT.

Vier Fraunhofer-Institute aus dem Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik sowie der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) sind am PREVAIL-Projekt beteiligt:

• Das Fraunhofer IZM-ASSID – „Center All Silicon System Integration Dresden“ führend bei 300mm Technologien im Bereich Advanced-Packaging und 3D-Wafer-Level-Systemintegration trägt im Bereich 3D-Integration bei.
• Das Center Nanoelectronic Technologies (CNT) des Fraunhofer IPMS bringt seine 300mm CMOS-kompatiblen nanoelektronischen Technologien auf Basis ferroelektrischer Materialien u. a. für Embedded non-volatile Memory ein.
• Das Fraunhofer EMFT wird die Chip-zu-Folie-Integration und die physikalische Analyse für Trust beisteuern.
• Das Fraunhofer IIS trägt mit dem Design, der Messung und dem Test von integrierten CMOS-Schaltungen bei – gestützt auf seine langjährige Erfahrung mit fortschrittlichen Halbleitertechnologien bis hinunter zu Strukturgrößen von 22 nm.

State of the art für kleine und mittlere Unternehmen
Zur praktischen Umsetzung der hochmodernen Technologien wurden allein am Fraunhofer IZM-ASSID sechs neue Anlagen beschafft, die nun in die bestehende 200/300mm Prozesslinie für die 2,5D/3D-Systemintegration eingebunden werden. Für die Etablierung der „Multi-hub Test and Experimentation Facility (TEF) for edge AI hardware“ stellten die beteiligten Länder und die Europäische Kommission insgesamt Fördermittel in Höhe von 155,99 Millionen Euro bereit. Davon wurden über 80 Prozent in neue Geräte investiert.

Diese Infrastruktur steht damit insbesondere externen Partnern und Unternehmen, die Interesse an Edge-AI-Technologien haben, zur Verfügung. Dabei ist das breit aufgestellte PREVAIL-Konsortium in der Lage, eine Vielzahl an möglichen Entwicklungsaufträgen zu bearbeiten. Das Spektrum der Pilotlinie reicht von der Designentwicklung, über Prototyping und Hardware-Fertigung in Kleinserien bis hin zu Validierungen und Analysen.

Interessenten können sich auf der SEMICON Europa vom 18. bis 21. November in München direkt bei den beteiligten RTOs bzw. auf der Website https://prevail-project.eu/ informieren. Das Fraunhofer IZM-ASSID wird am Stand von Silicon Saxony in Halle B1, Stand B1221-2 vertreten sein.

Förderkennzeichen:
Kofinanziert von der Europäischen Union im Call „DIGITAL-2021-CLOUD-AI-01“ (Grant Agreement No. 101083307), sowie in Deutschland durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (Referenz 16ME0834)

(Text: Steffen Schindler)