Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS, Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme EASDer enorme Bedarf an drahtloser Datenbandbreite wächst weltweit immer schneller – gerade auch durch die Corona-Krise – und bringt die aktuell vorhandenen Netzwerke an ihre Leistungsgrenzen. Um dieser Nachfrage gerecht zu werden, sucht die Mobilfunkindustrie nach Lösungen und Technologien in Hochfrequenzbändern über 24 GHz, sogenannten Millimeterwellen (mmWave), wegen der Möglichkeit, die Bandbreiten und Datenraten um ein Vielfaches zu steigern. mmWave-Technologien dienen als Voraussetzung für zukünftige Applikationen im Internet of Things (IoT), für Industrie 4.0, für die Automobilsicherheit, etwa beim autonomen Fahren und für die Telekommunikation (5G/6G). Die deutsche und europäische Industrie ist weltweit führend bei diesen mmWave-Technologien aufgrund der herausragenden Expertise in den Bereichen Analog-, HF- und Mixed-Signal-Halbleiter-, Übertragungs- und Systemdesign. Die Projektpartner wollen mit ihren Forschungsarbeiten diese führende Rolle sichern und ausbauen.
Herausforderung
Die größte Herausforderung für die Projektpartner besteht darin, dass neuartige mmWave-Anwendungen und deren Integration in komplexe Systeme im Vergleich zu bestehenden Technologien strengere Anforderungen an Bandbreite, Performance und Leistung stellen. Aktuelle Architekturen, Methoden und Tools sind nicht geeignet, um die gewünschte Qualität im oberen GHz-Band zu erreichen. Die Industrie muss daher neue Prozesse und Materialien einführen, um diese Herausforderungen zu bewältigen. Co-Design, Co-Integration und Skalierung ermöglichen es, die Systemleistung und die Gesamtproduktionsausbeute weiter zu verbessern. Das bedeutet, dass Komponentenhersteller, Systemintegratoren und Testunternehmen eng zusammenarbeiten müssen, um die Komplexität in Bezug auf Kapazität, Kosten, Leistung, Ertrag und Zuverlässigkeit zu meistern. Außerdem müssen neue, wiederverwendbare Schaltungsarchitekturen und Entwurfsmethoden erforscht werden, da sowohl bestehende Standard-Tools für Entwurfsautomatisierung (EDA) als auch die IP-Anbieter den Hochfrequenzbereich nicht abdecken.
Lösungsansatz
Die Projektpartner aus Kanada, Deutschland, den Niederlanden und Schweden werden gemeinsam ihre Kompetenzen aus Design-, Layout-, Packaging und Testmethoden bündeln, um neuartige mmWave-Schaltungen, -Architekturen, -Systeme und -Antennen bereitzustellen.
Am Fraunhofer IIS/EAS wird dabei untersucht, wie Entwurfsautomatisierung für das Co-Design von Chips und Packages mit Millimeterwellen umgesetzt werden kann. Durch neue Simulations- und Designwerkzeuge sowie Messmethoden entstehen Demonstratoren, die in der Lage sind, Anforderungen von mmWave-Designs zu bewältigen. Das Fraunhofer IIS/EAS wird dabei seine langjährige Expertise im Bereich des Packagings, des Komponentendesigns und der Entwicklung von Designtools einbringen.
Die in InnoStar erzielten Ergebnisse aller Partner sollen deren Vorreiterfunktion festigen. Damit wird es zukünftig eine engere Zusammenarbeit für mehr Designeffizienz und Kostenreduktion in der Branche geben und die Wettbewerbsfähigkeit der nationalen und europäischen Partner steigen.
Unsere Expertise für Ihr Projekt
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