Künstliche Intelligenz im Rennen um neue Halbleitermaterialien

Nahaufnahme eines Siliziumwafers

Nahaufnahme eines Siliziumwafers, wie er in der Halbleiterfertigung zum Einsatz kommt

(Bild: Andrei Armiagov/Shutterstock.com)

USA setzen auf KI für neue Halbleiter. 100 Mio. Dollar Förderung für Forschung. Ein Gamechanger im Wettlauf um die globale Chip-Dominanz?

Das US-Handelsministerium hat kürzlich einen offenen Wettbewerb ausgerufen, der zeigen soll, "wie Künstliche Intelligenz (KI) bei der Entwicklung neuer nachhaltiger Halbleitermaterialien und -verfahren helfen kann, die innerhalb von fünf Jahren den Industriebedürfnissen entsprechen und implementiert werden können", berichtet die Asia Times.

Laurie Locascio, Staatssekretärin für Standards und Technologie, hat die Bedeutung dieses Schrittes für die Führungsposition der USA in der "effizienten, sicheren und wettbewerbsfähigen Halbleiterfertigung" betont. Doch was hat es damit auf sich?

Neues Förderprogramm für Halbleiterindustrie

Das Chips Research and Development Office (Chips R&D), das durch den von Präsident Joe Biden im August 2022 unterzeichneten Chips and Science Act eingerichtet wurde, wird die Gewinner des Wettbewerbs mit bis zu 100 Millionen US-Dollar unterstützen.

Damit sollen sich neue universitäts- und industriegeführte Kollaborationen entwickeln, die sich mit KI-gesteuerten autonomen Experimenten im Bereich der nachhaltigen Halbleiterfertigung befassen.

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Insgesamt stellt das Gesetz dem Handelsministerium 50 Milliarden US-Dollar zur Verfügung, um die Halbleiterproduktion und -forschung in den USA zu stärken. Davon gehen 39 Milliarden an das Chips Program Office für Investitionen in Anlagen und Ausrüstung in den USA, weitere 11 Milliarden sind für Projekte wie dieses vorgesehen.

US-Handelsministerin Gina Raimondo betonte die Dringlichkeit, neue Halbleitermaterialien schneller und ressourcenschonender in die Produktion zu bringen, um der Klimakrise zu begegnen und eine nachhaltige Halbleiterproduktionsbasis in den USA aufzubauen.

Sie sieht das neue Programm als Chance, die Fähigkeiten der KI zu nutzen, um das "volle Potenzial der amerikanischen Arbeitskräfte und Innovatoren" zu erschließen. Auch und gerade in Konkurrenz zur Forschung in China, das mit Hochdruck versucht aufzuholen.

Paradigmenwechsel in der Materialwissenschaft

Im Rahmen der Initiative sollen maschinelles Lernen und automatisierte Labore kombiniert werden, was von einigen als Paradigmenwechsel in der Materialwissenschaft gesehen wird. Forscher des Tokyo Institute of Technology beschreiben, dass diese Systeme kein menschliches Eingreifen erfordern, was die Entdeckung und Synthese von Materialien enorm beschleunigen könnten.

In diesem Zusammenhang berichten Milad Abolhasani von der North Carolina State University und Eugenia Kumacheva von der University of Toronto in der Zeitschrift Nature Synthesis über die Entwicklung so genannter Self-Driving Labs (Sdls), die durch maschinelles Lernen und Laborautomatisierung schneller zu neuen Erkenntnissen und Materialien führen können.

Professor Alán Aspuru-Guzik von der Universität Toronto hebt hervor, dass sein Forschungsteam mit Hilfe von Sdl die Zeit und die Kosten für die Entdeckung neuer Materialien um den Faktor 10 senken will. Das Acceleration Consortium, eine strategische Initiative der Universität Toronto, will die Entdeckung von Materialien und Molekülen für eine nachhaltige Zukunft beschleunigen.

Der Wettbewerb des US-Handelsministeriums könnte ein später, aber bedeutender Schritt nach vorn sein, der mit der Roadmap der Halbleiterindustrie zur 1-Nanometer-Prozesstechnologie korreliert.