Rekordverdächtiger Chip trotzt starker Strahlung

FH Dortmund entwickelt neuartigen IT-Baustein

Am Mikroskop begutachtet FH-Doktorand Alexander Walsemann den Chip im Detail.
Am Mikroskop begutachtet FH-Doktorand Alexander Walsemann den Chip im Detail. Foto: Michael Milewski für die FH Dortmund

Premiere an der Fachhochschule Dortmund: Der Fachbereich Elektrotechnik kann den ersten selbstentworfenen Mikroprozessor-Chip präsentieren, der einen offenen Hardware-Standard erfüllt (RISC-V). Er ist so intelligent aufgebaut, dass er trotz starker äußerer Strahlungseinflüsse korrekt arbeitet – und könnte damit sogar weltweit Maßstäbe setzen.

Fehlerdiagnose und -korrekturen auch bei Strahleneinwirkung möglich

Alexander Walsemann, Doktorand am Labor für integrierten Schaltungsentwurf der FH Dortmund, hat zusammen mit seinem Betreuer Prof. Dr. Michael Karagounis den neuartigen Chip konzipiert. Dieser eignet sich besonders für den Einsatz in Experimenten der Weltraumforschung oder der Hoch-Energie-Physik, etwa am Europäischen Kernforschungszentrum CERN.

Der Chip erscheint auf einer Fingerkuppe winzig. Foto: Michael Milewski für die FH Dortmund

 „Der Chip ist vollständig mit speziellen Schutzschaltungen ausgestattet, um Fehler auszugleichen, die durch Strahlung verursacht werden“, erläutert Alexander Walsemann. Das zugrundeliegende Prinzip heißt „Triple Modular Redundancy“ (TMR) und beschreibt eine dreifache Sicherung. Damit sei es möglich, Fehler auch bei sehr hoher Strahleneinwirkung zu erkennen und zu korrigieren.

 „Erste Tests mit dem Chip bestätigen, dass er korrekt funktioniert“, berichtet Alexander Walsemann, der die Ergebnisse bereits weiteren Forschenden in einem Workshop in Hannover vorgestellt hat. Als nächstes stehen umfangreiche Überprüfungen an, dazu gehören Studien mit Röntgenstrahlen und Schwer-Ionen. „Aufgrund der angewendeten Techniken erwarten wir eine äußerst hohe Strahlentoleranz von bis zu 100 Megarad – das wäre ein weltweiter Rekord“, betont Betreuer Michael Karagounis.

RISC-V-Mikroprozessoren könnten künftig eine Schlüsselrolle für das „Internet der Dinge“ und in anderen Anwendungen einnehmen, sodass sich viele Anknüpfungspunkte für Folgeprojekte ergeben dürften – nicht nur an der FH Dortmund.

Hintergrund und technische Details:

FH-Doktorand Alexander Walsemann präsentiert den neuartigen Chip, der mitten auf einer Platine platziert ist. Foto: Michael Milewski für die FH Dortmund

Das Projekt für den neuen Chip wurde zunächst durch hochschulinterne Fördermittel unterstützt und kann seit Juli durch das Förderprogramm „SmartPixelPower“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) weitergeführt werden.

RISC-V ist eine offene Mikroprozessor-Architektur, die sich wie beim Open-Source-Ansatz in der Software-Entwicklung ohne Lizenzgebühren verwenden und modifizieren lässt.

Der quadratische Chip hat eine Seitenlänge von zwei Millimetern und wurde mit einer 65-Nanometer-CMOS-Technologie beim Auftragsfertiger „Taiwan Semiconductor Manufacturing Company“ (TSMC) produziert.

Als Ausgangslage für die Entwicklung diente der „AIRISC-Core“ des Fraunhofer Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme in Duisburg, mit der dortigen Gruppe von Prof. Dr. Rainer Kokozinski und RISC-V-Ambassador Alexander Stanitzki gibt es eine intensive Zusammenarbeit.

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