T-KOS - Terahertz-Technologien

In unserer digitalisierten, hochtechnisierten Lebens- und Arbeitswelt ist die Verfügbarkeit von Kommunikations-und Datenverbindungen eine Grundvoraussetzung. Durch die zunehmende Mobilität der Nutzer, die flexible

Nutzung von breitbandigen Multimediainhalten (z.B. Entertainment, Medizin, Logistik) und Zukunftstechnologien wie das Internet of Things oder autonomes Fahren wachsen sowohl das Datenaufkommen in Mobilfunknetzen als auch die Anforderungen an die  Kommunikationsnetze selbst. Eine vielversprechende Möglichkeit für die Erhöhung der Datenkapazität und nutzbaren Bandbreite ist der zusätzliche Einsatz von Terahertz-Technologien. Im Verbundprojekt T-KOS beschäftigt sich das Fraunhofer IPMS mit Hochfrequenz-Frontend-Lösungen von 60 – 500 GHz sowie einem energieeffizienten KI-Beschleuniger auf der Basis von In-Memory-Computing. 

Obwohl Terahertz-Strahlung für vielfältige Einsatzgebiete, zum Beispiel in der Sicherheitstechnik, Qualitätssicherung oder Materialprüfung, prädestiniert ist, scheiterte die industrielle Einführung bisher an der fehlenden Verfügbarkeit preiswerter, schneller und hochauflösender Systeme mit optimierten, KI-basierten Bilderkennungs-Algorithmen. Im Verbund T-KOS arbeiten zehn Fraunhofer-Institute nun daran, die Terahertz-Technologie für drahtlose Funkübertragung, zerstörungsfreie Prüftechnik, Spektroskopie und berührungslose Inline-Messtechnik synergetisch zu erschließen. Gemeinsam entwickeln sie drei Demonstratoren, die die Zukunftsfelder Hochfrequenzelektronik, Terahertz-Photonik und drahtlose, hochbitratige Kommunikation adressieren. Ein besonderes Augenmerkt liegt auf dem Aufbau einer deutschen Wertschöpfungskette zu Terahertz-Funklinks, z.B. für die hochbitratige Kommunikation in der industriellen Produktion, die Inline-Überwachung von Produktionsprozessen mit KI-basierter, bildgebender Echtzeitverarbeitung für ressourceneffiziente Produktion. Auch soll erstmalig eine industrietaugliche Terahertz-Kommunikation und -Sensorik durch die Kombination skalierbarer elektronischer und photonischer Konzepte demonstriert werden.

Das Fraunhofer IPMS widmet sich im Projekt RF-/Millimeterwellen- Frontend-Lösungen mit hoher Ausgangsleistung im Frequenzbereich von 60 – 500 GHz. Zudem werden energieeffiziente KI-Beschleuniger auf der Basis von In-Memory-Computing in Technologie-Knoten wie 28 nm HKMG sowie 22 nm FDSOI entworfen. Aufbauend auf bereits entwickelten Transceiver-Systemen bei 240 GHz und 480 GHz in SiGe-BiCMOS-Technologie wird eine Lösung für nahe 300 GHz mit erhöhter Sendeleistungsdynamik entwickelt. Des Weiteren wird eine FPGA-Implementation als Vorstufe eines In-Memory-Computing-ASIC-Cores entwickelt, um eine für die Anforderungen der Radar-Daten- Klassifizierungen optimale bitweise Computing-Architektur zu etablieren.