Pressemitteilung

10.10.2014

Fernseher in Ultra HD sind bereits am Markt erfolgreich und es gibt immer mehr hochauflösende Filminhalte. Allerdings sind Videokameras in der 4K-Technologie immer noch zumeist sehr teuer und erfüllen im Profibereich noch nicht alle Anforderungen an Speziallösungen zum Beispiel für Hochgeschwindigkeitsaufnahmen. Das Fraunhofer IIS/EAS arbeitet deshalb in einem aktuellen Forschungsprojekt mit dem deutschen Elektronikdesign-Unternehmen Dream Chip Technologies an einem besonders effektiven Mikrochipaufbau für diese neue Gerätegeneration. Um kostengünstige und leistungsfähige Kameras zu ermöglichen, entwickeln sie gemeinsam eine Speicheranbindung, die besonders klein und energiesparend ist.

Memory³-Chipaufbau im Vergleich
Memory³-Chipaufbau verglichen mit Standardaufbau

Damit Videokameras den Sprung in die Ultra-HD-Technologie schaffen, müssen sie Bildsignale mit viermal mehr Bildpunkten aufnehmen als bei Full-HD-Auflösung. Außerdem steigen bei der Aufnahme der Filme die Datenmengen, die in gleicher Zeit verarbeitet werden müssen, deutlich. Das ist nur mit einer weiterentwickelten, besonders leistungsfähigen und effizienten Datenverarbeitung zu erreichen. Für diese hohen Anforderungen an die Elektronik eignet sich ein 3D-Mikrochipaufbau in besonderem Maße. Hauptgrund ist, dass die klassische Aufbautechnik an ihre Grenzen stößt, wenn es darum geht, wichtige Leistungsparameter noch weiter zu erhöhen und dabei den Anforderungen an immer kleinere, energiesparende Systeme gerecht zu werden. Deshalb hat der Institutsteil Entwurfsautomatisierung EAS des Fraunhofer IIS einen 3D-integrierten Chipaufbau entwickelt, der besonders große Systemleistungen bei kompakter Anordnung der Bauteile ermöglicht. Dafür werden ein Prozessor und ein Wide-I/O-Speicher auf einer Trägerschicht (Interposer) im selben Gehäuse angeordnet, um eine sehr hohe Bandbreite bei der Datenübertragung zwischen den beiden zu erreichen.

Darauf aufbauend arbeiten die Forscher des Instituts gemeinsam mit Dream Chip Technologies an der Realisierung einer speziellen Speicheranbindung für Videokameras. Ein erster Prototyp wird Ende 2015 zur Verfügung stehen. Damit wird eine schnelle und energiesparende Kommunikation zwischen Prozessor und Speicherbaustein zur hochleistungsfähigen Datenvorverarbeitung in den Geräten ermöglicht. Durch die dreidimensionale Integrationstechnologie wird das elektronische System insgesamt deutlich kleiner als klassische Aufbauten mit standardisierten Bauteilgrößen. Das führt wiederum zu kürzeren Leitungen zwischen den einzelnen Komponenten. Dadurch werden Daten zwischen den Bauteilen deutlich schneller übertragen und eine signifikante Steigerung von Bildfrequenz und Datenrate ermöglicht. Ziel des Projektes ist es, für zukünftig weiter wachsende Anforderungen Datenraten zwischen Speicher und Prozessor von bis zu 400 Gbit/s zu erreichen. Kürzere Leitungen verbrauchen zudem deutlich weniger Energie, was sich positiv auf die Energiebilanz und die Gerätelebenszeit auswirkt.

Unterstützt wird das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie mit 120.000 Euro im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM). Das Programm fördert besonders Aktivitäten zur Entwicklung innovativer Produkte von kleinen und mittelständischen Unternehmen aus Deutschland, die mit wirtschaftsnahen Forschungseinrichtungen zusammenarbeiten.