Intelligente Fertigung und Wertschöpfungskette 5.0 – Einsatz humanoider Roboter und begleitendendes Wertstromdesign zur Unterstützung der Produktion bei Infineon Technologies

Allgemeine Informationen

Projektnummer	61007326
Projekttitel laut Förderbescheid	Supercomputing-gestützte Lösungen für digitalisierte Fertigung und Lieferketten
Akronym	SuperComp
Projektlaufzeit	01.09.2025 - 31.03.2028
Forschungsschwerpunkt	Energie und Umwelt
Projektkategorie	Forschung
Zuordnung
Kompetenzfeld	Energie und Umwelt Transformationsprozesse in Wirtschaft und Gesellschaft
Themengebiet	Fortgeschrittenen Produktionstechnologien
Grundeinheit	Institut für Prozesstechnik, Prozessautomatisierung und Messtechnik

Inhaltliche Projektbeschreibung

Halbleiterprodukte bilden die Grundlage für moderne Elektronik, die in einer Vielzahl von Anwendungsfeldern mit kontinuierlich steigendem Bedarf zum Einsatz kommen. Die steigende Nachfrage nach zuverlässigen und effizienten Halbleitern, u. a. im Bereich Internet der Dinge (IoT), Mobilität oder Industrie geht in der Halbleiterfertigung mit einem breiten Portfolio verschiedenster Technologien, die vielfältige Applikationen adressieren, einher. Die Komplexität und die Anforderungen an Design, Entwicklung und Fertigung von Halbleitern nehmen so permanent zu. Dies stellt bestehende Fertigungs- und Entwicklungsmethoden vor neue Herausforderungen und führt zu einem erhöhten Bedarf an leistungsfähigen Rechenressourcen zur Prozessierung umfangreicher Datensätze und komplexer Algorithmen in sehr kurzer Zeit. Im Verbundvorhaben SuperComp, welches durch Infineon Technologies Dresden AG & Co. KG (IFD) geführt wird, werden deshalb innovative Lösungen zur Verbesserung von Design-, Entwicklung und Fertigung komplexer Halbleitersystemlösungen mithilfe von fortgeschrittenen Methoden auf Basis künstlicher Intelligenz (KI) und modernsten Computerverfahren erforscht. Diese Technologien haben das Potenzial, den Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsprozess in der Halbleiterindustrie zu revolutionieren.

Innovative Supercomputing-Lösungen: Aufgrund der immer komplexer werdenden Fertigungsprozesse und volatiler Bedarfe erfordert die Fertigung von Halbleitern eine kontinuierliche Verbesserung der Produktions- und Lieferketten. Derzeitige Lösungsansätze sind regel- und solver-basiert oder heuristisch, sind jedoch für spezielle Optimierungsprobleme zeit- und ressourcenaufwändig. Hier stellen Quantenalgorithmen und Neuromorphic Computing, wie der SpiNNaker2, innovative Ansätze dar, um diese komplexen Optimierungsprobleme zu lösen, indem diese die Vorteile von Quantencomputern und skalierbarer Hardware kombinieren. Dieses Potential werden die Verbundpartner IFD, TU Dresden – Lehrstuhl für Hochparallele VLSI-Systeme und Neuromikroelektronik (TUD-HPSN) und SpiNNcloud Systems GmbH (Spinncloud) gemeinsam im Rahmen von SuperComp erforschen. Dabei sollen Quantenalgorithmen als theoretisches Framework zur Lösung von Optimierungsproblemen und neuromorphes Computing m.H. SpiNNaker2 für eine praktische, skalierbare Erprobung an reellen Lieferkettenproblemen erörtert werden.

Um eine Überführung der theoretischen Erkenntnisse zu Quantenalgorithmen und Neuromorphic Computing in die anwendungsorientierte Forschung zu gewährleisten, wurden im Rahmen von SuperComp zwei konkrete Anwendungsfelder aus der Halbleiterindustrie definiert. Innerhalb dieser Anwendungsfelder sollen Innovationen aus dem Bereich der Technologieentwicklung und der Cloud-basierten, digitalen Fertigung und Logistik erarbeitet werden. Gleichzeitig sollen mithilfe der Ergebnisse aus den Anwendungsfeldern aber auch Synergien erkannt und Strategien erarbeitet werden, um die neuartigen Supercomputing-Lösungen auf die Anforderungen der Halbleiterentwicklung und -fertigung anzupassen. Die Teilziele der zwei Anwendungsfälle können wie folgt beschrieben werden:

Anwendungsfall 1 - Technologieentwicklung für komplexe Systemlösungen: Innovationen im Bereich der Halbleitertechnologien sind aktuell durch den Bedarf nach komplexeren Systemlösungen mit immer höherer Funktionalität und immer kleineren Komponenten getrieben. Dabei wird es notwendig, innovative Ansätze für die Systemanpassung als auch die Systemzusammenführung zu erarbeiten. Der Fortschritt in der Erarbeitung der neuen Technologien kann durch KI- bzw. Supercomputing-gestützte Verfahren vorangetrieben werden, welche eine Steigerung der Entwicklungs- und Designeffizienz aber auch der Qualität und Effizienz auf Systemebene ermöglichen sollen. Im Bereich der diskreten Halbleiter für die Wandlung von Wechselspannung in Gleichspannung (AC/DC) müssen neue Konzepte für hohe Durchbruchspannungen in kleinster Bauweise untersucht werden. Mit Hilfe innovativster Optimierungsverfahren und KI-gestützter Methoden soll es für die zukünftigen Superjunction-Lösungen ermöglicht werden, maßgeschneiderte Forschungs- und Entwicklungspläne für die diversen Anwendungszwecke zu konzipieren. Ein wichtiger Aspekt ist die Integration von Sensoren, die sowohl auf Wafer-Ebene als auch in einer Package-Lösung möglich ist. Hierfür sind Kontaktlösungen auf der Rückseite der Bauteile nötig, wofür die Herstellung von Through-Silicon Vias (TSV) in Silizium eine entscheidende Rolle spielt. Diese Technologie ermöglicht eine effiziente vertikale Integration von Bauelementen und reduziert parasitäre Widerstände und Kapazitäten. Zusätzlich wird das Waferbonden als Technologieoption erforscht, um für Leistungsbauelemente Ansätze zur Verbesserung von Wärmeleitfähigkeit, Kühlung und Lebensdauer zu erarbeiten. Diese Lösungen wird IFD gemeinsam mit dem Forschungspartner Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme (ENAS) untersuchen.

Anwendungsfall 2 - Cloud-basierte, digitalisierte Fertigung und Logistik: Die Anforderungen an die Prozesse der Fertigung und Logistik von Halbleiterprodukten wachsen stetig. Die Automatisierung und Digitalisierung bestehender Prozesse sowie eine Vielzahl neuartiger Methoden und Technologien aus dem Bereich der Industrie 4.0 und Industrie 5.0 stehen bereits zur Verfügung und helfen, den hohen Anforderungen an Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Qualität von Halbleiterprodukten gerecht zu werden. Moderne Techniken aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz stellen heute bereits eine mögliche Lösung dar, um die Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit weiter zu steigern. Im Vorhaben sollen daher verschiedene neue KI-gestützte Technologien untersucht werden, welche zukünftig eine Steigerung von Fertigungseffizienz und -volumen ermöglichen sollen. Im Verbund sollen dafür neue Filtermaterialien zur Verbesserung der Reinraumatmosphäre (IFD, TUD-ACI, TUD-TL) erforscht sowie neuartige bildgebende Analysemethoden für eine automatisierte und KI-gestützte optische Untersuchung von Wafern (IFD, PVA) untersucht werden. Darüber hinaus werden Konzepte zur Erhöhung des Digitalisierungsgrades in Logistik und Wartung, wie digitale Zwillinge, erörtert sowie Konzepte zur Erprobung kollaborativer Roboter und humanoider Systeme erstellt (IFD, HTWD, HSZG, TUD-TL, Wandelbots). Weitere Forschungsaktivitäten adressieren die Erarbeitung cloud-basierter Lösungen für eine verbesserte Steuerung der Halbleiterfertigung (IFD, TUD-TL, Systema) sowie die Konzipierung neuartiger, datengetriebener Workflows für administrative Prozesse, wie z. B. in der Arbeitsplanerstellung (IFD, SaxMS, HSZG).

Weitere Daten

• Ansprechpartner

  • Frau Prof. Sophia Keil (Projektleitung)
  • Herr Prof. Alexander Kratzsch (Projektleitung)
  • Herr Christian Vogel
  • Herr Christian Vogel

• Fördermittelgeber

  • EFRE/SMWA/SAB
  
  
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• Finanzierung

  • 735.777,00 €

• Kooperationen mit externen Partnern

  • Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme (ENAS)
  • Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden
  • Infineon Technologies Dresden GmbH & Co. KG
  • PVA Vision GmbH
  • Saxony Media Solutions GmbH
  • SpiNNcloud Systems GmbH
  • SYSTEMA Systementwicklung Dipl.-Inf. Manfred Austen GmbH
  • Technische Universität Dresden
  • Wandelbots GmbH

• Dokumente

  • Poster

    Methoden und Strategien zur Integration humanoider Roboter in industrielle Produktions und Logistikprozesse im Kontext von Industrie 5.0

• Schlagworte

  • Fertigungstechnologien
  • Halbleiterindustrie
  • Humanoide Roboter
  • Künstliche Intelligenz
  • Logistik
  • Nachhaltigkeit/Ressourceneffizienz
  • Produktion