NEUROTEC II - Neuro-inspirierte Technologien der künstlichen Intelligenz für die Elektronik der Zukunft im Rheinischen Revier

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Das Verbundvorhaben NEUROTEC II schließt nahtlos an das Vorgängerprojekt NEUROTEC an und erforscht eine Technologie der neuro-inspirierten Elektronik für die künstliche Intelligenz auf der Basis memristiver Bauelemente. NEUROTEC II vereint die Kompetenz der Forschenden aus dem Forschungszentrum Jülich (FZJ), der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen University (RWTH) und der Gesellschaft für Angewandte Mikro- und Optoelektronik GmbH (AMO). Schaltungen für das neuromorphe Rechnen (Neuromorphic Computing, kurz: NC) unter Nutzung memristiver Bauelemente wird ein bedeutendes Potenzial für die künftige Informationstechnik zugemessen. Es wird erwartet, dass NC bedeutende Steigerungen in der Rechengeschwindigkeit und Energieeffizienz hervorbringen wird. Für deren Realisierung und ihre Verknüpfung mit den derzeit noch verwendeten CMOS-Schaltungen existieren allerdings noch keine etablierten industriellen Prozesslinien.

Der besondere Ansatz von NEUROTEC II ist, dass neuro-inspirierte Paradigmen und Algorithmen mit Hilfe der memristiven Bauteile zu einem großen Maße in den Bereich der Hardware verlegt werden können. Die synaptischen Gewichte im neuronalen Netzwerk werden nicht wie üblich in Arbeits- oder Festspeicher abgelegt, sondern direkt als künstliche Synapse bestehend aus einer memristiven Zelle mit einem einstellbaren Widerstandswert im künstlichen neuronalen Netz zwischen künstlichen Neuronen integriert. Die synaptische Eigenschaft wird hierbei durch die nahezu analoge Einstellbarkeit der Widerstandswerte der memristiven Zellen ermöglicht. Diese Art von Computerarchitektur löst die Trennung von Speicher und Prozessor eines von-Neumann-Computers auf, die in konventioneller Hardware zu großen Zeit- und Energieverlusten führt.

Das Projekt NEUROTEC II ist unterteilt in sechs Arbeitspakete (AP), ein Demonstratorprojekt (DP) und vier Kooperationsprojekte (K) mit Industriepartnern:

  • AP 1: Materialentwicklung für memristive Zellen
  • AP 2: Bauteilintegration und 3D Studien
  • AP 3: Simulation und Modellierung
  • AP 4: Mess- und Testtechnologie für memristive Elektronik
  • AP 5: Neuromorphe Schaltungen
  • AP 6: Hardware-Software Integration für neuromorphe Systeme
  • DP: Demonstratorprojekt
  • K1: Experimentell basierte Modellbildung und Verbesserung der MOCVD-Anlagentechnologie für 2D Materialien
  • K2: Großflächige Laserdeposition memristiver Oxide
  • K3: Testumgebung für memristive Architekturen
  • K4: Evaluationsplattform

Der Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente (ELD) befasst sich im Arbeitspaket 2.5 mit der Optimierung von Memristoren basierend auf 2D Materialien und der Verbesserung ihrer Reproduzierbarkeit basierend auf den Ergebnissen des Vorgängerprojekts NEUROTEC. Des Weiteren werden alternative 2D Materialen auf ihre memristiven Eigenschaften untersucht. Die Ziele des APs sind die Untersuchung und physikalische Erklärung flüchtiger und nichtflüchtiger Schaltvorgänge in 2D Materialien sowie die Optimierung der Leistungskennzahlen der Memristoren, auch im Hinblick auf deren Integration auf CMOS-Substraten. Darüber hinaus wird die enge Verzahnung und Zusammenarbeit vom ELD in NEUORTEC II mit den anderen Projektpartnern in den folgenden Arbeitspaketen deutlich:

  • AP 1.5 (CST) und AP 1.6 (PGI-10): Untersuchung von Schaltphänomenen mittels metallorganischer chemischer Gasphasenabscheidung gewachsener 2D Materialien.
  • AP 1.7 (GFE, ER-C): Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie zur Untersuchung von 2D basierten Memristoren.
  • AP 2.3 (IHT): Teilen von Ergebnissen zu Multielektroden-Bauelemente zur Realisierung ultrakompakter synaptischer Netzwerke.
  • AP 2.6 (AMO GmbH): Enge Kooperation für die Entwicklung und Evaluierung von industrierelevanten Integrationskonzepten für memristive Bauelemente auf Basis von 2D Materialien.
  • AP 3.1 (PGI-7): Lieferung von experimentellen Daten zur Schaltdynamik der memristiven Bauelemente zur Verifikation der Simulationsmodelle.
  • DP 2 (IWE2): Erprobung der 2D Memristorabscheidung auf CMOS Chips.
  • K1 (AIXTRON SE): Lieferung von typischen Anforderungen an die 2D Materialen, die als (potenziell) memristiv schaltend gelten, Austausch hinsichtlich des Prozessverständnis und der Prozessoptimierung.

Mehr Informationen sind auf der Projekt-Website www.neurotec.org zu finden.

NEUROTEC II wird gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).

Projektpartner:

RWTH Aachen University, Aachen, Deutschland

Forschungszentrum Jülich, Jülich, Deutschland

AMO GmbH, Aachen, Deutschland

aixACCT Systems GmbH, Aachen, Deutschland

AIXTRON SE, Herzogenrath, Deutschland

SURFACE systems+technology GmbH & Co. KG, Hueckelhoven, Deutschland

AMOtronics UG, Aachen, Deutschland

Synopsys GmbH, Aachen, Deutschland

X-FAB Dresden GmbH & Co. KG, Dresden, Deutschland

Sympuls GmbH, Aachen, Deutschland

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