3D-Integration und optische Verbindungstechnik

3D-Integration
3D heterogene elektro-optische Aufbau- und Verbindungstechnik für zukünftige Netzwerkknoten, Konzept im SFB 912; PetaBit-HAEC-Box, für den optischen Datendurchsatz werden 60 Tbit/s pro Knoten angestrebt, drahtlose Millimeterwellenübertragung zwischen den Stapeln soll bei über 180 GHz mit Butler-Matrix basierten Antennen-Arrays erfolgen.

Die technologische Entwicklung unserer Gesellschaft kann aktuell mit dem „Internet der Dinge (IoT)“ charakterisiert werden. Die Aufbau- und Verbindungstechnik liefert Hardware für viele Produkte als Teil dieses erweiterten Netzwerks. Fast alles wird in Zukunft mit einer mehr oder weniger leistungsfähigen elektronischen Hardware an das Netzwerk oder das IoT bzw. "das Netzwerk von Menschen und Dingen" angeschlossen werden. Um eine einwandfreie Funktion des IoT zu gewährleisten, müssen seine Elektronik (Hardware) und deren Kontrolle (Programme und Protokolle - Software) drastisch verbessert werden.

Wir dürfen nur kleinste Verzögerungen bei Signalen und Reaktionen zulassen, um  erweiterte Dienste zu ermöglichen, z.B. autonom fahrende Fahrzeuge oder ferngesteuerte Operationen in einem Krankenhaus. Nur wenn weniger als 1 Millisekunde Signalverzögerung erreicht werden kann, dann kann das Internet der Dinge als  "Echtzeit (realtime)" für solche Dienste angesehen werden. In diesem Fall wird wird das IoT auch taktiles Internet (tactile internet) genannt.

Die TU Dresden trägt zur Entwicklung des taktilen Internets bei. Das IAVT wirkt durch die  Entwicklung von fortschrittlichen Aufbau- und Verbindungstechnik-Konzepten im Rahmen des Sonderforschungsbereichs der Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) SFB 912, Highly Advanced Energy Efficient Computing (HAEC), und der von der Europäischen Forschungsgemeinschaft (European Science Foundation, ESF) und der Sächsischen Aufbaubank  (SAB)  geförderten Nachwuchsforschergruppe "Kommunikationsinfrastrukturen für Attonetze in 3D-Chipstapeln" (Atto3D) dabei mit.

3D Forschungsaktivitäten im Rahmen des SFB 912 HAEC an der TU Dresden

Die Netzwerk-Knoten der Zukunft für die 5. und 6. Generation des Internet der Dinge und des taktile Internets müssen extrem leistungsstark sein mit hoher Bandbreite, hohem Durchsatz und extrem kleinen Verzögerungszeiten. Derzeit zeigen die Netzwerkknoten bereits einen sehr hohen Energieverbrauch. Es wird erwartet, dass der Energieverbrauch weiter extrem zunehmen wird, wenn die Konzepte der Netzknoten nicht weiterentwickelt werden. Deshalb werden im SFB 912 HAEC Energie-adaptive  Konzepte für Netzwerkknoten der Zukunft erforscht.

Ansprechpartner 3D-Integration
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.
Karlheinz Bock
Tel.:
(0351) 463 36345
Optische Verbindungstechnik
Wellenleiter-in-Kupfer-Technologie (oben), photolithographisch strukturierte Wellenleiter auf der Basis von ORMOCER(R) (unten)

Der stets zunehmende Bandbreitenbedarf (Datenraten pro Kanal >10 Gbit/s) erfordert auf Leiterplatten-/ Modulebene kostengünstige Alternativen zur elektrischen Verbindungstechnik. Die in der Telekommunikation bewährte optische Verbindungstechnik bietet auch hier Vorteile bei der elektromagnetischen Verträglichkeit, Leistungsaufnahme, Layout und Gewicht. Zukünftig werden hybride Verdrahtungsträger elektrische und optische Verbindungstechnik vereinen. Das Arbeitsgebiet „Optische Aufbau- und Verbindungstechnik“ widmet sich der Technologieentwicklung für die Herstellung und Integration optischer Wellenleiter auf Leiterplattenebene, untersucht deren Prozess-Kompatibilität sowie Zuverlässigkeit und erforscht Koppelkonzepte zwischen integrierten Multimode-Wellenleitern und optischen Sende- und Empfangselementen.

Die konventionelle kupferbasierte Verbindungstechnik hat schon mehrmals Spezifikationen demonstriert, die bis dahin als technische Grenzen angenommen wurden. Alleinig der Bandbreitenvorteil wird nicht ausreichen, um den Übergang zur optischen Verbindungstechnik einzuleiten. Nur wenn kostengünstige Technologien verfügbar sind, wird sich ein langsamer Übergang vollziehen. Dazu müssen Materialien mit niedriger Dämpfung und erhöhter thermischer Stabilität und schnelle, großflächige Empfänger entwickelt werden. Die optische Verbindungstechnik stellt auch neue Anforderungen an die Fertigung bezüglich der Reinheit, der Montagetoleranzen und der Testverfahren. Im Zentrum muss die Entwicklung effizienter Koppelstrategien stehen, die möglichst auf passiver Justage und Oberflächenmontage basieren. Die Entwicklung kann nur bei Vorlage entsprechender Normen für Test, Steckverbinder etc. vorangetrieben werden. Bevor komplexe Hybrid-Verdrahtungsträger entwickelt werden können, müssen die Entwurfsprogramme um spezielle Entwurfsregeln und Simulationen erweitert werden.

Ansprechpartner optische Verbindungstechnik
Dr.-Ing.
Krzysztof Nieweglowski
Tel.:
(0351) 463 35291