Von Milad Mahpeykar, Peter Hallschmid, Ted Anderson und Vikas Gupta

Ansys hat sich mit GLOBALFOUNDRIES© (GF©), dem weltweit führenden Hersteller von Spezialhalbleitern, zusammengetan, um die Anforderungen der digitalen Welt durch integriertes Photonikdesign zu erfüllen.

GF ermöglicht es Entwicklern, die Kraft des Lichts für fortschrittliche optische Anwendungen zu nutzen, und zwar mit einer monolithisch integrierten Hochleistungs-Photoniklösung in einer optimierten Grundfläche, die nur die Hälfte der Fläche von diskreten Lösungen benötigt. Diese monolithische Lösung integriert hochleistungsfähige RF-CMOS- und Photonik-Komponenten in einem einzigen Chip, um höhere Bandbreiten zwischen Servern in Rechenzentren und schnellere Verbindungen zwischen Rechenzentren entlang der Telekommunikationsinfrastruktur zu ermöglichen.

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Reibungslose Vernetzung, Virtualisierung und hierarchische KI sind drei technologische Megatrends, die die Art und Weise, wie wir leben und arbeiten, verändern werden. Dieser Artikel über reibungslose Vernetzung ist der erste in einer Reihe, die untersucht, wie GlobalFoundries-Lösungen jeden dieser Megatrends ermöglichen.

Obwohl der Transistor vor fast einem Dreivierteljahrhundert auf den Markt kam, den Weg für integrierte Festkörperschaltungen ebnete und die Revolution in der Elektronik einleitete, waren die letzten beiden Jahre vielleicht die bedeutendsten in der Geschichte der Branche.

Im Jahr 2019 haben geopolitische Spannungen die Stärken und Schwächen der globalen Halbleiterlieferkette in den Fokus gerückt. Da eine zuverlässige Versorgung mit Chips für alle möglichen Produkte erforderlich ist, wurden Halbleiter plötzlich zu einem Brennpunkt für die Industrie-, Handels- und Außenwirtschaftspolitik.

Mit der Covid-19-Pandemie im Jahr 2020 wuchs dann das Bewusstsein für die Leistungsfähigkeit der weltweiten digitalen Infrastruktur, da die Menschen mehr denn je auf sie angewiesen waren, um die Ansteckung zu bekämpfen, Unternehmen aus der Ferne zu betreiben, Studenten auszubilden, Kontakte zu knüpfen und viele andere große und kleine Dinge zu erledigen.

Tom Caulfield, CEO von GlobalFoundries (GF), sagte, seit die Gesellschaft erkannt habe, dass Lieferkettenprobleme und die Pandemie keine kurzfristigen Krisen seien, habe sich das Bewusstsein für die Bedeutung digitaler Technologien und dafür, wie sie unser Leben für immer verändern werden, vertieft.

"Es ist erstaunlich zu sehen, wie weit verbreitet und widerstandsfähig die digitale Infrastruktur in den letzten zehn Jahren geworden ist, und wie wenig ihr volles Potenzial bis zur COVID-19 genutzt wurde", sagte er. "Wir haben begonnen, uns nicht eine neue Normalität, sondern eine bessere Normalität vorzustellen. Diese bessere Normalität wird durch die Nutzung der Fähigkeiten unserer allgegenwärtigen, wachsenden und sich verbessernden digitalen Infrastruktur erreicht. .... Dies ist nicht nur eine Chance für unsere Branche, es ist unsere Berufung".

Infolgedessen sieht GF drei Megatrends und eine enorme Hürde, die sich herauskristallisiert haben, so Caulfield, und GF-Lösungen sind für alle von entscheidender Bedeutung. Der erste ist die reibungslose Vernetzung - eine allgegenwärtige "immer verfügbare, nahtlose, intelligente und sichere Verbindung, 24 Stunden, sieben Tage die Woche" - auf die wir weiter unten in diesem Blog noch näher eingehen werden.

Der zweite Megatrend ist die allgegenwärtige Einführung der Virtualisierung. "Die Netzwerkfunktionsvirtualisierung (NFV) ist ein gutes Beispiel", so Caulfield. "Dabei wird die Netzwerkverarbeitung in der Cloud durchgeführt, und die Daten werden von dummen Zugangspunkten zur Verarbeitung in die Cloud transportiert. Dies führt zu erheblichen Skalierungsvorteilen, ähnlich wie bei den heutigen Vorteilen von Cloud-Speichern und -Rechnern. NFV verbessert die Bandbreite und die Geschwindigkeit erheblich, und zwar zu wesentlich geringeren Kosten und mit geringerem Stromverbrauch. Angesichts der Flexibilität eines virtualisierten Netzwerks können außerdem Zeit und Aufwand für die Bereitstellung neuer Dienste verbessert werden, da die neue Funktion über einen Software-Push und nicht über ein Hardware-Upgrade für den Benutzer bereitgestellt wird."

Der letzte Megatrend ist die hierarchische künstliche Intelligenz (KI), oder "KI überall", von Geräten bis zu Sensoren, von der Edge bis zur Cloud. "Daten sind das neue Gold, aber sie sind nur dann Erz, wenn wir sie aus einem rohen, unstrukturierten Format extrahieren und nutzen können, um Erkenntnisse zu gewinnen, Maßnahmen zu ergreifen und Entscheidungen zu treffen", so Caulfield. "Die Menge an strukturierten und unstrukturierten Daten, die allein in den letzten zwei Jahren erzeugt wurde, ist größer als alle Daten, die zuvor erzeugt wurden, und dennoch nutzen wir nur 3 % dieser Daten. Hierarchische KI ist der Schlüssel, um aus riesigen, unstrukturierten Daten Wert zu schöpfen, indem sie diese analysiert, um wichtige Informationen zu extrahieren, und sie dann komprimiert, um sie effizienter an Rechner und Speicher weiterzuleiten."

Zwar hat jeder Megatrend seine eigenen Hürden und Herausforderungen, und die Reduzierung des Stromverbrauchs ist für alle ein entscheidender Faktor, doch der Weg in die digitale Zukunft ist unaufhaltsam.

Reibungslose Vernetzung ist im Kommen

"Unsere Vision für die Netzwerkkonnektivität der Zukunft ist, dass Sie nicht einmal wissen, mit welchem Netzwerk Sie verbunden sind. Ihr Gerät findet es automatisch, authentifiziert es und optimiert es hinsichtlich Bandbreite, Latenzzeit und anderer kritischer Attribute", so Peter Gammel, Vice President und CTO der Mobile and Wireless Infrastructure Business Unit von GF. "Wir bezeichnen dies als reibungsloses Networking, denn wenn wir darüber sprechen, wie sich die Konnektivität in den kommenden Jahren entwickeln wird, wenn drahtlose Systeme immer schnellere HF- und mmWave-Spektren nutzen, wollen wir uns nicht in den Details von 5G, 6G, Wi-Fi, Bluetooth oder einem anderen Netzwerkprotokoll verlieren.

"Der entscheidende Punkt ist vielmehr folgender: Unabhängig davon, wie Sie eine Verbindung herstellen, wird der letzte Schritt zwischen einem Netzwerk und Ihrem Gerät immer drahtlos sein", sagte er, "und das bedeutet, dass, obwohl es bereits eine regelrechte Explosion von Hochfrequenz-Inhalten in allen möglichen Geräten gibt, sich dieser Trend nur noch beschleunigen wird."

Laut Gammel werden nicht nur Smartphones, Tablets und PCs auf reibungslose Netzwerkfunktionen angewiesen sein. Ein Universum verschiedenster Produkte wird darauf angewiesen sein, um zu funktionieren, und zwar in so unterschiedlichen Anwendungen wie Industrie 4.0 (d. h. intelligente, automatisierte Fertigung), dem Internet der Dinge (IoT), Wearables für Gesundheit und Wellness, Automobilsystemen wie fortschrittlicher Fahrerunterstützung (ADAS) und anderen, die zu zahlreich sind, um sie zu erwähnen.

Die Herausforderungen sind enorm. Der Datenverkehr an wichtigen Netzknotenpunkten steigt steil an - in einigen Fällen um bis zu 40 % - und diese Raten werden in den kommenden Jahren nur noch zunehmen, sagte Gammel in einer Grundsatzrede auf dem IEEE International Reliability Physics Symposium 2021. "Künftige Netze werden extreme Kapazitäten und Datenraten, eine viel höhere spektrale Effizienz, extrem niedrige Latenzzeiten, eine viel höhere Zuverlässigkeit und robuste Sicherheit erfordern.

Die beste RF-Technologie wird sich durchsetzen

Das ist alles schön und gut, aber jeder, der schon einmal Schwierigkeiten beim Anschluss an ein Netz hatte, fragt sich vielleicht, wie wir jemals einen Zustand der reibungslosen Vernetzung erreichen werden. Was ist nötig, um dorthin zu gelangen?

"Ich bin seit 40 Jahren in dieser Branche tätig, und die Art und Weise, wie man Erfolg misst, hat sich nie geändert: Es kommt immer auf die Führungsrolle bei HF-Technologien an, die für die Leistung und den Stromverbrauch von Front-End-Modulen (FEMs) und Leistungsverstärkern, den kritischsten Elementen eines drahtlosen Kommunikationssystems, entscheidend sind", sagte Gammel.

Um die Nutzung des verfügbaren Spektrums zu maximieren, müsse die Ausgangsleistung so nah wie möglich an die Zuverlässigkeitsgrenzen heranreichen, sagte er. Dies kommt den Stärken von GF als langjährigem Marktführer in vielen verschiedenen RF-Technologien zugute, darunter RF-SOI (RF-Silizium auf Isolator), FD-SOI (vollständig verarmtes Silizium auf Isolator) und SiGe-Lösungen (Silizium-Germanium).

"Unsere RF-SOI-Lösungen sind die erste Wahl für integrierte FEMs und Beamformer in 5G-Basisstationen und -Smartphones", so Gammel. "Da unsere 22FDX™ FD-SOI-Lösung HF, Analogtechnik, eingebetteten Speicher und fortschrittliche Logik in einem Chip vereint, bieten sie unübertroffene Spitzenleistung und Energieeffizienz für die Integration von FEM-Elementen wie Datenkonvertern, LNAs, Leistungsverstärkern (PAs) und Schaltern mit einem Transceiver.

Darüber hinaus seien die SiGe-Lösungen von GF in Wi-Fi- und Mobilfunk-Leistungsverstärkern weit verbreitet, und die SiGe-Technologie biete einen Weg zu den Terahertz-Frequenzen, die für zukünftige Netzwerkarchitekturen benötigt werden.

"Das Beste kommt erst noch"

Gammel erläuterte, was seiner Meinung nach die weiteren notwendigen Voraussetzungen für eine reibungslose Vernetzung sind. "Schlüsselfertige Montage- und Testkapazitäten werden in dem Maße wichtiger, wie sich die Industrie auf Terahertz-Frequenzen zubewegt, weil die Schnittstelle zwischen Schaltkreisen und Gehäuse für die Leistung immer wichtiger wird. Bringt man die Antenne auf dem Gehäuse oder auf dem Chip an, und was ist die beste Konfiguration", sagte er.

Offene Schnittstellen sind eine weitere Voraussetzung. "Proprietäre Schnittstellenprotokolle sind nie erfolgreich. Offene Schnittstellen sind entscheidend für den Aufbau eines Ökosystems, und wir sehen dies bereits in der Netzinfrastruktur und bei der Festlegung von Standards", sagte er. Ein Beispiel ist die 5G Open Radio Access Networks (Open RAN) Initiative.

Außerdem sind nicht-terrestrische Netze, die Satelliten in erdnahen Umlaufbahnen (LEO) nutzen, der Schlüssel zur Anbindung unterversorgter Gebiete. "Der kommerzielle Einsatz von LEO-Konstellationen ist keine Science-Fiction, er findet bereits statt. Die Starlink-Konstellation von SpaceX ist ein Beispiel dafür", sagte er.

"Es bleibt noch viel zu tun, und es sind noch viele technologische Innovationen erforderlich, um das riesige, ungenutzte Spektrum von 100 GHz bis 1 THz zu nutzen, aber wir haben bereits große Fortschritte gemacht, und das Beste steht uns noch bevor", sagte Gammel.

Der nächste Artikel in dieser Reihe wird sich mit dem Megatrend Virtualisierung beschäftigen.

von Gary Dagastine

In früheren Zeiten bestand der Weg nach vorn für Halbleiterunternehmen darin, ein Vermögen und unzählige Arbeitsstunden in die Suche nach Möglichkeiten zur Verkleinerung von Halbleiterbauelementen zu investieren, da die Verkleinerung zu einer dramatisch höheren Leistung führte, die viele neue Anwendungen eröffnete.

Die Fortschritte, die die Branche in den letzten Jahrzehnten gemacht hat, haben jedoch viele Technologieplattformen hervorgebracht, die bereits sehr leistungsfähig sind und die kostengünstig um neue Funktionen und Fähigkeiten erweitert werden können, um sie an neue Anforderungen anzupassen. Als weltweit führender Hersteller von Spezialhalbleitern mit einem ständig wachsenden Angebot an differenzierten Lösungen für sich entwickelnde Anwendungen ist GlobalFoundries (GF) ein Beispiel für diesen Ansatz der Technologieentwicklung.

Nirgendwo wird dies deutlicher als in dem Bestreben des Unternehmens, eine führende Rolle in der drahtlosen 6G-Kommunikationstechnologie einzunehmen. GF bietet eine Reihe von Plattformen und Lösungen, die sich nicht nur in den anspruchsvollsten Kommunikationsanwendungen bewährt haben, sondern deren volles Potenzial noch nicht ausgeschöpft ist. Dazu gehören die 22FDX™-Plattform und die 22FDX+-Lösungen von GF sowie die RF-SOI- und SiGe-Lösungen (Silizium-Germanium) von GF.

Sie stellen einen überzeugenden Weg zu 6G dar, der nächsten Generation drahtloser Kommunikationstechnologien, die voraussichtlich gegen Ende dieses Jahrzehnts auf den Markt kommen wird.

In unserem letzten Blog über die Führungsrolle von GF in der 6G-Technologie haben wir das University Partnership Program des Unternehmens beschrieben. Im Rahmen dieses Programms bietet GF mehr als 35 Hochschulteams Zugang zu Technologien, die mit den Forschungs- und Entwicklungsmitarbeitern von GF in verschiedenen Bereichen wie 6G zusammenarbeiten. Sie tauschen ihre Forschungsergebnisse aus, um die Plattformen von GF mit neuen Funktionen und Möglichkeiten auszustatten, veröffentlichen Forschungsergebnisse auf technischen und akademischen Konferenzen, entdecken neue Anwendungsmöglichkeiten und führen Studenten in diese Technologien ein, die dann während ihrer gesamten beruflichen Laufbahn mit ihnen vertraut sein werden.

Wir haben einen unserer Forschungspartner vorgestellt, Gabriel Rebeiz, Ph.D., Distinguished Professor an der University of California San Diego. Er ist ein Pionier auf dem Gebiet der integrierten Phased Arrays für Kommunikations- und Verteidigungssysteme und leitet eine Vielzahl von Forschungsprojekten, die von Breitband-Systemen in 45RFSOI bis hin zu 140-GHz-Phased-Arrays reichen.

In diesem Blog stellen wir drei weitere hochkarätige Hochschulpartner vor, die uns über ihre Forschung, den Einsatz der Technologien von GF und die Bedeutung der Zusammenarbeit mit GF für sie und ihre Studenten berichten. Ihre unterschiedlichen Erfahrungen und Forschungsinteressen veranschaulichen das Engagement von GF im Bereich 6G und zeigen, wie die Strategien und Technologien des Unternehmens dazu beitragen, dass Fortschritte im Bereich 6G möglich, besser, schneller und kostengünstiger als sonst sind:

• Einstein Prof. Friedel Gerfers, Ph.D., ist Inhaber des Lehrstuhls für Mixed-Signal-Schaltungsentwurf an der Technischen Universität Berlin (TU Berlin), wo er ein Einstein-Stipendium erhalten hat, um seine Arbeit auf dem Gebiet des Mixed-Signal-Schaltungsentwurfs für 5G/6G-Kommunikationssysteme fortzusetzen. Die Einstein Stiftung Berlin, die von der Landesregierung gegründet wurde, um Spitzenwissenschaft und -forschung zu fördern, finanziert sein kosten- und personalintensives Hochfrequenzlabor, eines von nur zwei Laboren in Deutschland, das elektrische und optische Systeme bis zum D-Band (bis zu 170 GHz) vollständig testen und charakterisieren kann.
• Prof. Aarno Parssinen, Ph.D., arbeitet im Zentrum für drahtlose Kommunikation (CWC) an der Universität Oulu in Finnland. Prof. Parssinen ist eine wichtige Figur in der 6G-Flaggschiff-Initiative der Universität und arbeitet eng mit dem finnischen Unternehmen Nokia zusammen, einem der weltweit führenden Telekommunikations- und Netzwerkunternehmen.
• Prof. Hua Wang, Ph.D., ist Direktor des Center of Circuits and Systems (CCS) am Georgia Institute of Technology. Sein Team arbeitet eng mit vielen Halbleiterunternehmen zusammen. Prof. Wang hat mehrere hoch angesehene akademische Auszeichnungen erhalten, darunter das DARPA Director's Fellowship. Er ist bekannt für seine Beiträge zu energieeffizienten RF/mmWave-Breitbandschaltungen, neuartigen Transceiver-Array-Architekturen und Antennen-Elektronik-Ko-Designs, die die F&E-Aktivitäten der Industrie maßgeblich beeinflusst haben.

Ideen in Silizium verwandeln

Prof. Gerfers leitet an der TU Berlin derzeit 15 Doktoranden bei der Erforschung von 5G/6G-Architekturen und -Lösungen, hauptsächlich unter Verwendung der 22FDX-Plattform, und forscht außerdem an Hochgeschwindigkeitskommunikationstechnologien wie Automotive Ethernet und optischer Kommunikation. Ein aktuelles Projekt ist die Erforschung des weltweit ersten monolithisch integrierten 6G-Transceivers. Ziel ist es, herauszufinden, welche anderen Technologien mit der 22FDX-Technologie integriert werden können, um Bandbreiten von 10-15 GHz auf dem gesamten Weg von der Antenne zum digitalen Bit zu erreichen.

Er hat einen Hintergrund in der Unternehmensforschung bei Philips, Intel, Inphi und Apple sowie in zwei Start-ups, Alvand Technologies und Aquantia. Er kam 2015 an die TU Berlin und begann im selben Jahr, mit GF zu arbeiten. Die erfolgreichen Kooperationen mit GF haben seitdem an Zahl und Intensität zugenommen, sagt er.

Prof. Gerfers sagte, dass Energieeffizienz und robuste Leistung bei Hochfrequenzanwendungen wichtige unerfüllte Anforderungen für zukünftige 6G-Mobilfunksysteme sind. "Nicht nur in Deutschland, sondern auch weltweit hat man zunehmend das Gefühl, dass die Mikroelektronik in vielen gesellschaftlich und technologisch relevanten Bereichen zu einem Engpass wird. Deshalb ist das Programm, das GlobalFoundries ins Leben gerufen hat, so wichtig. Es ist ein Schlüssel für den weiteren Fortschritt in der Mikroelektronik, denn es ermöglicht uns den Zugang zu einer Spitzentechnologie, die wir brauchen, um unsere Ideen und Innovationen in Silizium umzusetzen", sagte er.

"Die außergewöhnliche Leistung und die Merkmale der 22FDX-Technologie bieten einen breiten Anwendungsbereich. Wir verwenden sie zum Bau von Transceivern mit hoher Bandbreite, und es gibt nur wenige planare Transistoren, die die angestrebte Leistungseffizienz erreichen und gleichzeitig das strenge Rausch- und Phasenrauschbudget einhalten. Wir glauben, dass die 22FDX-Technologie das Potenzial hat, weit über 250 GHz hinaus eingesetzt zu werden, und damit optimal für unsere Technologien und Anwendungen geeignet ist, die wir ansprechen wollen. Darüber hinaus verwenden beispielsweise deutsche Automobilhersteller FDX-basierte ICs nicht nur, weil sie stromsparend sind, sondern auch, weil die Technologie robust genug ist, um die strengen Anforderungen der Automobilindustrie zu erfüllen."

Prof. Gerfers wies auch darauf hin, dass FDX-basierte Schaltungen im Vergleich zu FinFETs einfacher und für Studenten leichter zu entwerfen und auszulegen sind, und dass es ohne das Hochschulpartnerschaftsprogramm praktisch unmöglich wäre, die Leistungseffizienz unserer Schaltungslösungen nachzuweisen, wenn wir mit planaren Transistoren bei 28 nm oder noch älteren Knoten arbeiten würden.

Überbrückung der Kluft zwischen Wissenschaft und Industrie

Finnland kann auf eine lange und bedeutende Geschichte in der Entwicklung der mobilen Kommunikation zurückblicken. Hier wurde GSM (der 2G-Standard) entwickelt und 1991 zum ersten Mal eingesetzt; hier hat das Branchenriese Nokia seinen Sitz; und hier wurde 2018 die 6G-Flagship-Initiative, eines der weltweit ersten und größten 6G-Forschungsprogramme, gestartet.

Prof. Parssinen von der Universität Oulu sagte, dass das akademische Engagement mit der Industrie für weitere Fortschritte notwendig sei. "In Finnland haben wir Akademiker diese aufstrebende Industrie von Anfang an mit vorangetrieben. Unsere Rolle bestand immer darin, die Kluft zwischen klassischen akademischen Studien und Produktentwicklungsaktivitäten von Unternehmen zu überbrücken, und wir waren bei 2G, 3G, dann 4G ganz vorne mit dabei und helfen der Welt bei der Einführung von 5G", sagte er.

"Wir haben hier in Oulu ein umfangreiches Programm rund um die 6G-Technologie aufgebaut. Es stimmt, dass 5G erst in den Startlöchern steht und dass es viele Herausforderungen gibt, die damit einhergehen, an denen wir arbeiten. Dennoch ist es jetzt an der Zeit, nach vorne zu blicken, denn so lange es auch dauert, grundlegende Studien durchzuführen, so lange dauert es auch, dieses Wissen an den Punkt zu bringen, an dem die Industrie es effektiv nutzen kann", sagte er. "Die Aufgabe der Universität ist es, nach vorne zu schauen und zu versuchen, Dinge zu tun, von denen wir noch nicht wissen, wie sie zu tun sind. Das ist der eigentliche Zweck der Wissenschaft".

Prof. Parssinen ist Experte für zellulare Schaltungen und Transceiver bis zu 5G und darüber hinaus. Während seines Studiums leitete er das Team, das den ersten 3G-Schaltkreis auf einem einzigen Chip herstellte, und später war er einer der Mitgestalter des Bluetooth LE-Standards (Low Energy). Er war 10 Jahre lang im Nokia Research Center tätig und gehörte dem CEO Technology Council des Unternehmens an. Außerdem hatte er wichtige Funktionen in der Technologieentwicklung bei Renesas und Broadcom inne.

In Oulu leitet er ein Team von etwa 20 Mitarbeitern, das sich aus Doktoranden und anderen Professoren zusammensetzt und versucht, zukünftige Anwendungsanforderungen zu verstehen und entsprechende Schaltungen und Systeme zu entwickeln. Ihre Forschung umfasst Phased Arrays, Antennendesign, effiziente Strahlformung und andere relevante Themen. Das Team entwickelt auch ein hochentwickeltes Labor zur Messung der Leistung von Funksystemen über die Luft.

"Wir arbeiten mit den Technologien 22FDX und 45RFSOI von GlobalFoundries, und die Unterschiede zwischen den beiden sind faszinierend. Die Integrationsfähigkeit der 22FDX-Technologie ist überragend und wir lernen immer noch etwas über ihre Fähigkeiten, was bedeutet, dass für unsere Studenten, die IC-Design betreiben, die Möglichkeit, damit zu arbeiten, ein einzigartiger Vorteil ist", sagte er. "Wir haben im Laufe der Jahre viel mit der 45RFSOI-Technologie gearbeitet, und weil wir damit mehr Erfahrung haben, verwenden wir sie für unsere größeren Chips."

"Der Zugang zu Silizium und die Freiheit, innovative Ideen zu erforschen, sind wesentliche Vorteile unserer Beziehung zu GlobalFoundries, und es ist wunderbar, dass wir unsere Arbeit im Rahmen des Programms mit anderen Professoren teilen können, die ebenfalls an der Spitze stehen", sagte er. "Wir konkurrieren in gewissem Sinne mit ihnen, aber unsere Arbeit profitiert auch von ihrem Wissen und dem stattfindenden Austausch."

Ein Traumsystem für die drahtlose Zukunft

Das Center of Circuits and Systems (CCS) an der Georgia Tech steht im Mittelpunkt der Bemühungen der Universität, Hochfrequenzelektronik für Kommunikations-, Radar- und Gesundheitsanwendungen zu entwickeln, so der Direktor und GF-Partner Prof. Hua Wang, Ph.D. Das CCS-Zentrum der Georgia Tech beherbergt acht Mitglieder der Kernfakultät, mehr als 90 Doktoranden und 12 Postdocs. 

Prof. Wang ist seit 2012 an der Georgia Tech tätig. Vor seiner akademischen Laufbahn arbeitete er bei Intel und Skyworks Solutions, wo er die Entwicklung neuartiger Lösungen für mm-Wave-Schaltungen und -Systeme sowie kostengünstiger zellularer Front-End-Module (FEMs) leitete.

Zu den Schwerpunkten des GT CCS-Zentrums gehört die Erforschung integrierter RF/mmWave/THz-Schaltungen und -Systeme für die Kommunikation und Sensorik jenseits von 5G und 6G. Weitere Forschungsthemen im Bereich der drahtlosen Kommunikation sind das Co-Design von Antennen und Elektronik, Leistungsverstärker und künstliche Intelligenz (KI) unterstützte adaptive RF/mmWave-Schaltungen und MIMO-Systeme. Das CCS-Zentrum verfügt auch über ein breites Forschungsportfolio in den Bereichen Hochleistungsrechnen, kryogene Elektronik, Bioelektronik und Biosensoren, Sicherheit auf der physikalischen Ebene und KI-basierte Entwurfsautomatisierung.

"Wir konzentrieren uns stark auf die Innovation von drahtlosen Schaltkreisen und Systemen, insbesondere auf die Steigerung der Ausgangsleistung, der Bandbreite und der Rekonfiguration von HF/mm-Wellen-FEM-Elektronik", sagte er. "All dies ist für 5G und darüber hinaus sehr wichtig, denn je höher die Frequenz, desto höher der Signalwegverlust, und um diesen zu überwinden, muss jedes Schaltungselement einfach leistungsstärker sein. Da immer mehr dieser mm-Wave-Systeme in Arrays eingesetzt werden, wird auch das Wärmemanagement schwierig, und Energieeffizienz war noch nie so wichtig wie heute."

"Für die künftige drahtlose Kommunikation besteht eine unserer wichtigsten Prioritäten darin, angesichts des zunehmenden Einsatzes komplexer, spektral effizienter Modulationen optimale Wege zu finden, um Informationen mit einer massiven Datenrate bei hoher Linearität zu übertragen und zu empfangen", sagte er.

Laut Prof. Wang besteht auch ein wachsender Bedarf an der gemeinsamen Entwicklung von Antennen und Schaltkreisen, da die Wellenlängen bei höheren Frequenzen kürzer werden und sie nun den Punkt erreicht haben, an dem sie die gleichen Abmessungen haben wie planare elektronische Schaltkreise. "Dies eröffnet faszinierende Möglichkeiten für die Kombination von Leistung, Filterung, Rauschunterdrückung und sogar STAR-Kommunikation direkt im Antennenbereich, aber alles muss ganzheitlich betrachtet werden", sagte er. "Zum Beispiel haben wir jetzt die Möglichkeit, die Architektur der drahtlosen Frontend-Systeme neu zu gestalten und zu überlegen, wie verteilte Elektronik und Strahlungsstrukturen zusammen komplexe elektromagnetische Signale modulieren, senden und empfangen können. Und wir können ihre Verwendung für Kommunikation, Bildgebung und Sensorik erforschen. Viele Innovationen in diesem Bereich müssen sich jedoch auf Co-Designs mit unterschiedlichem Fachwissen auf verschiedenen Abstraktionsebenen stützen. Co-Design ist auch auf der Ebene des Gehäuses wichtig - die Frage ist, ob die Antenne auf das Gehäuse oder auf den Chip gehört.

Laut Prof. Wang bieten die Technologieplattformen von GF in dieser Hinsicht viele Vorteile. "Die 45RFSOI-Plattform hat einen hohen spezifischen Widerstand im Substrat und kann für hocheffiziente mmWave-Frontend-Schaltungen und -Antennen verwendet werden. Für 5G haben wir sie und die 22FDX-Plattform verwendet, weil sie perfekt für Anwendungen mit hohem mmWave-Anteil geeignet sind. Darüber hinaus sehen wir Perspektiven für SiGe-Bauelemente auf der Grundlage verschiedener Studien, die darauf hindeuten, dass ihre Fmax - ein Maß für die Transistorgeschwindigkeit - auf 700 GHz und mehr gesteigert werden kann, und die Technologie eignet sich für hohe Erträge und eine effiziente Fertigung."

Prof. Wang gibt zu bedenken, dass Geschwindigkeit nur eine entscheidende Anforderung an künftige drahtlose Hochfrequenzsysteme ist. Genauso wichtig ist die Fähigkeit, die Signalkomplexität in unbekannten oder dynamischen Umgebungen mit geringer Latenz zu bewältigen.

"Mein Traumsystem würde fortschrittliche SiGe-Bauelemente mit hochleistungsfähigen CMOS-Technologien integrieren, um die erforderliche Konfiguration für die nächste Generation der drahtlosen Elektronik zu erreichen. Glücklicherweise ist beides für mich und meine Studenten dank GlobalFoundries verfügbar."

Von Emma Cheer
Global Diversity, Equity & Inclusion Leader, GlobalFoundries

Der "Women's History Month" war für GlobalFoundries (GF) eine Zeit der Inspiration und des Empowerments, und die Kolleginnen und Kollegen an unseren Standorten auf der ganzen Welt haben sich den Feierlichkeiten angeschlossen. Ich möchte Ihnen einige Höhepunkte der vielen Veranstaltungen und Programme vorstellen, die GF im März im Rahmen des Women's History Month durchgeführt hat.

Der Monat begann mit einem aussergewöhnlichen Ereignis: dem Internationalen Frauentag (IWD). GF nimmt seit mehreren Jahren am IWD teil, und jedes Jahr geht es darum, das Engagement von GF für Frauen zu zeigen und die Leistungen von Frauen zu würdigen.

Das diesjährige IWD-Thema lautete "Choose to Challenge", und GF-Kolleginnen und -Kollegen aus der ganzen Welt nahmen an einer Fotokampagne teil, um ihre Unterstützung zu bekunden und mitzuteilen, wie sie sich selbst und andere herausfordern würden, um geschlechtsspezifische Vorurteile und Ungleichheit zu bekämpfen.

Unsere GlobalWomen-Mitarbeitergruppe veranstaltete virtuelle IWD-Feiern an unseren Standorten in aller Welt. Im Rahmen dieser Feierlichkeiten traf GF-Vorstandsmitglied Glenda Dorchak den CEO Tom Caulfield zu einem Kamingespräch. Sie diskutierten über Führungsqualitäten, Glenda Dorchak erzählte von ihrer bemerkenswerten Karriere, und sie sprachen unter anderem über die Notwendigkeit für Unternehmen, sich für Vielfalt und Integration einzusetzen.

Hier sind zwei Ausschnitte aus ihrem Gespräch:

In diesem Monat haben wir auch eine Videokampagne gestartet, in der weibliche Führungskräfte von GF über ihre Erfahrungen als Frauen in der Halbleiterindustrie sprechen. Diese Führungsfrauen haben nicht nur großzügig ihre Sichtweise und Erkenntnisse mitgeteilt, sondern auch hervorgehoben, was "Choose to Challenge" für sie bedeutet. Im Folgenden finden Sie Auszüge aus einigen dieser eindrucksvollen Videos:

Zum Abschluss des Women's History Month haben GF und der Partner Fairygodboss - die größte Karriere-Community für Frauen in den Vereinigten Staaten - gemeinsam einen speziellen Podcast und ein Webinar veröffentlicht. Emily Reilly, Senior Vice President und Chief Human Resources Officer von GF, setzte sich virtuell mit Romy Newman, Präsidentin und Mitbegründerin von Fairygodboss, für eine Episode von Fairygodboss Radio zusammen. Die Podcast-Reihe widmet sich Gesprächen mit erfolgreichen weiblichen Fachleuten, um über Lebenslektionen zu diskutieren und darüber, wie Frauen sich gegenseitig unterstützen, Veränderungen vorantreiben und die gläserne Decke durchbrechen können.

Hören Sie sich die vollständige Folge hier an.

Im Anschluss an den Podcast lud Emily Romy zu einer virtuellen Veranstaltung ein, an der GF-Mitarbeiter aus der ganzen Welt teilnahmen. Die Veranstaltung umfasste eine Präsentation von Romy und eine Fragerunde, in der die Mitarbeiter Fragen an Emily und Romy stellten.

Wir fördern nicht nur Frauen innerhalb unseres Unternehmens, sondern setzen uns auch für Frauen in unseren Gemeinden und auf der ganzen Welt ein. Anlässlich des "Women's History Month" hat GF in Zusammenarbeit mit unserem Philanthropieprogramm GlobalGives beschlossen, Spenden von Mitarbeitern an verschiedene gemeinnützige Organisationen, die sich für die Belange von Frauen einsetzen, hervorzuheben und zu verdoppeln - von der Förderung von Frauen in Führungspositionen über die Inspiration von Mädchen für Karrieren in den Bereichen Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik bis hin zu anderen Gleichstellungsbemühungen.

Es ist wichtig zu erwähnen, dass die oben genannten Bemühungen durch eine Zusammenarbeit zwischen dem Diversity and Inclusion Team von GF und GlobalWomen, der grössten Mitarbeitergruppe des Unternehmens, ermöglicht wurden. GlobalWomen wurde 2013 gegründet und hat sich zu einem florierenden Netzwerk von mehr als 1.500 GF-Mitarbeiterinnen auf der ganzen Welt entwickelt.

Wir bei GF setzen uns weiterhin dafür ein, dass sowohl in unserem eigenen Team als auch in der gesamten Halbleiterindustrie mehr Menschen vertreten sind. Wir investieren in Vielfalt und Integration. Das ist nicht nur richtig, sondern wir wissen, dass unser Erfolg davon abhängt.

Einer unserer Grundwerte bei GF lautet "Embrace" (Umarmung) - eine Erinnerung an die Stärke, die aus einer Kultur der Inklusion, des Einfühlungsvermögens und des Respekts erwächst. Unser Unternehmen und seine Kultur sind die Summe jedes einzelnen Mitarbeiters. Wir sind ONEGF, und der Weg, der vor uns liegt, ist vielfältiger, integrativer und erfolgreicher als je zuvor.

Bei GlobalFoundries ist der Titel "Master Inventor" Kollegen vorbehalten, die mindestens 20 erteilte US-Patente vorweisen können und eine nachweisliche Erfolgsbilanz in Bezug auf technische Leistungen und die Schaffung von geistigem Eigentum vorweisen können. 

Das Programm ist eine wirkungsvolle Plattform, um verdienstvolle Mitarbeiter zu ehren und andere Mitarbeiter zu motivieren, die mit dem Gedanken gespielt haben, ihre Erfindungen zum Patent anzumelden.

Die Master Inventors inspirieren und betreuen nicht nur ihre Kollegen, sondern stehen auch den Technologieführern und dem Rechtsteam von GF bei einer Reihe von technischen, strategischen und IP-Themen als Berater zur Seite.

Wir sprachen mit dem GF Master Inventor Yan Ping Shen aus unserem Malta-Team, um mehr über den Erfindungsprozess zu erfahren und den Innovationsgeist bei GF kennenzulernen.

F: Yan Ping, bitte stellen Sie sich kurz vor. 

Yan Ping: Ich bin derzeit ein leitendes Mitglied des technischen Personals im Integrationsteam. Ich bin seit 16 Jahren bei GlobalFoundries tätig. Ich habe 2005 bei GF in Singapur angefangen. Ich zog für eine einjährige Ausbildung nach Dresden und kam dann 2011 nach Malta. Seit ich bei GF bin, habe ich immer in der Prozessintegration gearbeitet.

Wie haben Sie sich gefühlt, als Sie erfuhren, dass Sie Master Inventor werden?

Es ist mir eine Ehre, einer der Master-Erfinder zu sein! Das spornt mich natürlich an, noch härter zu arbeiten.

Welche Rolle spielt das Patentwesen in Ihrer Karriere? Wie hat es Sie verändert?

Meine technische Führung. Das motiviert mich, mehr über die Entwicklung neuer Ideen nachzudenken. Ich bin auch Patentreviewer im FinFET-Patententwicklungsausschuss von GF. Seit ich dort bin, denke ich darüber nach, warum und wie die Einreicher auf diese Ideen kommen. Verschiedene Leute haben unterschiedliche und brillante Ideen, um das gleiche Problem zu lösen.

Wie kommen Sie auf Ihre Ideen?

Ich beteilige mich aktiv an Diskussionen mit anderen Erfindern und denke über alternative technische Lösungen nach. Wir finden Probleme und bilden ein Team, um alternative Lösungen zu diskutieren.

Was ist Ihrer Meinung nach ein wichtiger Bestandteil des Erfinderdaseins?

Neue Ideen haben, bereit sein, aktive Diskussionen mit anderen Erfindern zu führen, andere zur Teilnahme an Diskussionen ermutigen. Jeder muss sich einbringen. Die erfahreneren Erfinder können die Jüngeren ermutigen, sich ebenfalls zu beteiligen.

Welchen Rat würden Sie neuen Erfindern geben?

Ganz gleich, in welcher Phase Ihrer Karriere Sie sich befinden, scheuen Sie sich nicht, Ihre Meinung zu sagen, denn mangelnde Erfahrung bedeutet gar nichts. Engagieren Sie sich, egal was passiert. Nehmen Sie aktiv an Diskussionen teil. Es hilft auch, viele Artikel zu recherchieren, um ein Problem zu lösen.

Wenn Sie keine Patente einreichen oder überprüfen, was machen Sie dann zum Spaß?

Ich genieße den Marathonlauf. Ich trainiere jeden Tag und freue mich darauf, wieder an Marathons teilnehmen zu können.