Interview mit Dr. Manuel Thesen

Mit mikroelektronischer Forschung und Entwicklung den CO2-Fußabdruck digitaler Technologien verringern.

Um den Ressourcenverbrauch im Internet der Dinge, in Anwendungen der Künstlichen Intelligenz sowie in Rechenzentren zu reduzieren, sind erhebliche Fortschritte in der Mikro- und Leistungselektronik, vor allem in den Herstellungsprozessen elektronischer Bauteile, nötig. Das Kompetenzzentrum für eine ressourcenbewusste Informations- und Kommunikationstechnik will hier Abhilfe schaffen. Im Interview spricht der Projektleiter Dr. Manuel Thesen über das Vorhaben »Green ICT @ FMD«, betont das Potenzial und die Notwendigkeit »grüner« Mikroelektronik und verrät uns, wofür es den »Green ICT Award« zu gewinnen gibt.

Herr Thesen, worum geht es beim Kompetenzzentrum »Green ICT @ FMD«?  

Das Kompetenzzentrum »Green ICT @ FMD« entstand im Rahmen der Green-ICT-Mission der Bundesregierung. Hier bauen die in der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) kooperierenden Fraunhofer- und Leibniz-Institute sowie das Fraunhofer ISI gemeinsam ein virtuelles Kompetenzzentrum für Forschung und Entwicklung von ressourcenbewusster Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) auf. Das Ziel: Zur Verringerung des CO2-Fußabdrucks digitaler Technologien beitragen.

Was genau heißt »Green ICT« und worum handelt es sich bei nachhaltiger Elektronik? 

Ein Großteil unserer digitalen Welt wird durch IKT – deutsch für information and communications technology (ICT) – bestimmt. ICT steht also für Technologien, die unser Alltags- und Arbeitsleben durchdringen, von Smartphones über Smart Home-Anwendungen, bis hin zu speziellen Sensorsystemen für das Internet der Dinge (IoT). Solche Technologien bereichern und erleichtern unser Leben und der Bedarf wächst rasant weiter – der Daten- und Energieverbrauch auch. Damit stellen IKT-Produkte sowohl in der Anwendung als auch in der Herstellung eine große Belastung für die Umwelt dar.  
 
Jedoch entstehen durch Digitaltechnologien gleichzeitig viele Möglichkeiten und Chancen, mit intelligenter Steuerung von Geräten, Anlagen, Prozessen und Netzen Energie einzusparen und damit das Klima zu schützen. Deshalb ist es besonders wichtig, stets den gesamten Lebenszyklus der Hardware entlang aller Systemebenen zu berücksichtigen. 
 
Indem man die Bereiche »Green ICT«, »Green by ICT«, »Green Energy Systems« und »Ökodesign« aufeinander abstimmt, können ganzheitlich durchdachte Gesamtsysteme mit ressourcensparender und nachhaltigerer Elektronik geschaffen werden. Nachhaltige Elektronik bedeutet, gerade so viele natürliche Ressourcen zu nutzen wie notwendig und den ökologischen Fußabdruck unserer digitalen Welt so niedrig wie möglich zu gestalten.

Was bedeutet das für die Mikroelektronik?

Die Mikroelektronik ist die Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Nahezu jedes moderne elektrische Gerät ist heute mit mikroelektronischen Komponenten ausgestattet. Halbleiter und Chips kommen in den verschiedensten Anwendungsfeldern vor und sind aus unserem Alltag und unserer Wirtschaft nicht mehr wegzudenken. Ein Vergleich, um sich diese Dimension besser vorstellen zu können: Würden wir die Wafer – jene wenige 100 Mikrometer dünne Siliziumscheiben, die Ausgangsstoff aller mikroelektronischen Komponenten sind – auf einer Fläche nebeneinander ausbreiten, so könnten wir mit den allein im Jahr 2022 verbrauchten Wafern eine Fläche von 9,5 Quadratkilometern bedecken. Dies entspricht in etwa der Größe von 1.300 Fußballfeldern. 
Nur wenn wir also jede Einzelkomponente beachten und deren genauen Umwelteinfluss kennen, können wir Systeme über den gesamten Lebenszyklus ressourcenschonender und nachhaltiger gestalten. Dadurch kann die Mikroelektronik einen bedeutenden Teil dazu beitragen, die Umweltbelastungen zu reduzieren.

Wie wird dieser Ansatz im Projekt »Green ICT @ FMD« realisiert? 

In unserem Vorhaben konzentrieren wir uns beispielsweise darauf, den Ressourcenverbrauch von Sensor-Edge-Cloud-Systemen, energiesparenden Kommunikationsinfrastrukturen und ressourcenoptimierten Elektronikproduktionsprozessen zu bewerten und anschließend zu verbessern. Moderne vernetzte IKT-Systeme verfügen neben den zentralen Datenverarbeitungsinfrastrukturen (Cloud) über zunehmende Kapazitäten zur Datensammlung und -verarbeitung am Netzwerkrand (Edge). Dadurch ergeben sich mehr Möglichkeiten zur Optimierung von Datenverarbeitungs- und Übertragungsprozessen zwischen Cloud und Edge und damit eine Minimierung des Ressourcenverbrauchs bei der Nutzung von IKT.  
Weiteres Einsparpotenzial sehen wir bei der Entwicklung von leistungsfähigen Netzwerken wie 5G und 6G, aber vor allem auch bei den Treibhausgasemissionen, die während der Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen anfallen. Den gesamten Energieverbrauch möglichst ressourcenschonend zu minimieren, erfordert genaue Kenntnis über den Energieverbrauch einzelner Netzwerkkomponenten und das wollen wir im Projekt herausfinden.

Wer profitiert von nachhaltiger Elektronik?  

Unser Angebot im Rahmen von »Green ICT @ FMD« ist stark anwendungsorientiert und nach wirtschaftlichen Erfordernissen ausgerichtet. In sogenannten Technologie-Hubs werden sämtliche Technologiekompetenzen der kooperierenden Fraunhofer- und Leibniz-Institute an die zentralen Fragestellungen zukünftiger IKT-Anwendungen ausgerichtet gebündelt.  
Die thematischen Schwerpunkte, Sensor-Edge-Cloud-Systeme, energieeffiziente Kommunikationsinfrastrukturen sowie Materialien und Herstellungsprozesse für ressourcenoptimierte Elektronikproduktion, haben dabei eine besonders hohe Relevanz für industrielle Partner in Deutschland und Europa. Diese können an der technologischen Ausrichtung der Green ICT-Hubs also aktiv partizipieren. So stärken wir durch nachhaltige Elektronik nicht nur den Klimaschutz, sondern auch europäische Wettbewerbsfähigkeit. Gleichzeitig profitieren Unternehmen von der steigenden Beliebtheit und der Marktakzeptanz »grüner« Produkte. Zumal mit den aktuellen Energiepreisen Energieeffizienz in allen Bereichen gefordert ist. 

Wie sieht die Zukunft der IKT-Industrie im Hinblick auf Nachhaltigkeit und Umweltschutz aus? 

Die IKT-Industrie wird eine wichtige Rolle beim Erreichen von Nachhaltigkeits- und Umweltschutzzielen spielen. Die Erkenntnis darüber, dass der IKT-Sektor einen signifikanten Einfluss auf die Umwelt hat und dass es notwendig ist, diesen Einfluss zu minimieren, um die Klimaziele zu erreichen, wächst. Zukünftig sind also deutliche Einsparungen hinsichtlich der Emission von Treibhausgasen essenziell, um den technologischen Fortschritt von Deutschland und Europa in dem bisherigen Tempo klimaverträglich ausbauen zu können.

Welche Rolle wird das Kompetenzzentrum »Green ICT @ FMD« dabei spielen? 

Durch das Kompetenzzentrum »Green ICT @ FMD« wird die anwendungsorientierte Forschung in den kommenden 3,5 Jahren in Bezug auf Ressourcenschonung und eine deutliche Reduktion des CO2-Footprints in der Weiterentwicklung von IKT-Anwendungen und -Infrastrukturen in Deutschland und Europa schrittweise und bedarfsgerecht ausgebaut. Durch die Abstimmung und Bündelung der Green-ICT-spezifischen Fragestellungen können technologieübergreifende IKT-Gesamtlösungen für Partner in Wirtschaft und Wissenschaft angeboten werden, die die ökologischen Auswirkungen berücksichtigen.  
Ein weiterer zukunftsorientierter Aspekt, der durch das Kompetenzzentrum aufgegriffen wird, ist die Nachwuchsförderung. Dazu gehören das akademische Nachwuchsprogramm »Green ICT Camp«, das sich aktuell in der Konzeption für 2024 befindet, sowie der Studienpreis »Green ICT Award«, der dieses Jahr erstmalig vergeben wird.  

Neben den bereits erwähnten Technologie-Hubs gibt es auch den Hub »Green ICT Space« – worum geht es dabei? 

Mit dem »Green ICT Space« wollen wir Start-ups sowie kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) einen niedrigschwelligen Zugang zur innovativen mikroelektronischen Infrastruktur ermöglichen und damit zu einer ressourcenschonenden Produktentwicklung beitragen. In dem Hub begleiten wir von Anfang an Produktideen neu gegründeter Start-ups sowie der KMU und unterstützen diese dabei, funktionsfähige Prototypen oder Demonstratoren umwelt- und ressourcenschonend zu entwickeln und später umzusetzen. 
Aufbauend auf den in der FMD etablierten Angeboten, Strukturen und der fachlichen Expertise der teilnehmenden Fraunhofer- und Leibniz-Institute lässt sich dies zielgerichtet und effizient umsetzen. Wir werden in den nächsten zwei Jahren insgesamt drei Ausschreibungen starten, die einen vordefinierten Bewerbungsprozess initiieren. Interessierte Start-ups und KMU dürfen uns also gern im Auge behalten. Die erste Ausschreibung startet am 31. Mai 2023 auf der Webseite des Kompetenzzentrums (www.greenict.de).

Und zu guter Letzt: Sie haben vorhin den »Green ICT Award« erwähnt. Wofür bekommt man diesen Preis und wer kann sich dafür bewerben?  

Hierbei handelt es sich um einen Studienpreis, der eingeführt wurde, um angehende Wissenschaftler*innen für Mikroelektronik und besonders für Green ICT zu begeistern und die neue Generation für die technologischen Herausforderungen von morgen vorzubereiten. Studierende und Young Professionals können ihre Abschlussarbeiten aus relevanten Studiengängen im Bereich Green ICT und Nachhaltigkeit bis zum 30. Juni 2023 einsenden. Die eingereichten Beiträge werden anschließend von einem interdisziplinären Jury-Team bewertet und die besten drei Einreichungen ausgewählt. Die drei Nominierten haben dann die Chance, ihre Ergebnisse während des MikroSystemTechnik Kongress 2023 in Dresden zu präsentieren. Darüber hinaus erhalten die Verfasser*innen der besten Abschlussarbeiten ein Preisgeld von bis zu 2.500 Euro sowie einen exklusiven Teilnahmeplatz im Green ICT Camp, das 2024 startet. Mehr dazu auf www.greenict.de/award.