Kurzmeldungen

Europa braucht ein starkes Ökosystem in der Halbleiterindustrie, um seine Stellung als Innovations- und Wirtschaftsstandort zu erhalten. Die Pilotlinie für »Advanced Packaging and Heterogeneous Integration for Electronic Components and Systems« (kurz APECS) ist ein wichtiger Baustein des EU Chips Act, um Chiplet-Innovationen voranzutreiben und die Forschungs- und Fertigungskapazitäten für Halbleiter in Europa zu erhöhen. Das Projekt ist Ende 2024 offiziell gestartet. APECS vereint europaweit Einrichtungen für Forschung und Entwicklung und wird durch Chips Joint Undertaking sowie nationale Förderungen im Rahmen der »Chips for Europe«-Initiative kofinanziert. Die Gesamtfinanzierung für die APECS-Pilotlinie beläuft sich auf 730 Mio. € über 4,5 Jahre. Das Fraunhofer IIS beteiligt sich als Mitglied der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) mit dem Forschungsbereich Smart Sensing and Electronics, dem Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme sowie dem Entwicklungszentrum Röntgentechnik an der Pilotlinie. Insbesondere stärken wir die Expertise in der Charakterisierung und Testung von Chiplets: Wir leisten Beiträge für den Chiplet-Entwurf, die Chiplet-Integration, die Bereitstellung fortschrittlicher Intellectual Property (IP) sowie die Entwicklung von Demon- stratoren, beispielsweise für das High Performance Computing (HPC).

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Vernetzung von KI-Kompetenz für Forschung und Wirtschaft

Im Rahmen des Projekts ADA Lovelace Center for Analytics, Data and Applications haben wir am Fraunhofer IIS in den letzten sechs Jahren bedeutende Fortschritte in der Vernetzung von KI-Kompetenzen und -Methoden mit konkreten Herausforderungen und Anwendungen erzielt. Das ADA Lovelace Center hat sich damit als KI-Plattform etabliert, die den Austausch zwischen Forschung und Wirtschaft fördert, aktiv die Nachwuchsförderung sowie strategische internationale Kooperationen unterstützt.

Zum Projektabschluss fassen wir die Ergebnisse kurz zusammen: Über 100 Expertinnen und Experten haben über 150 peer-reviewed Paper veröffentlicht. Zudem wurden über 130 Vorträge gehalten, mehr als 80 Abschlussarbeiten verfasst und 12 Promotionen ermöglicht. Ein bemerkenswertes Ergebnis ist das Buch »Unlocking Artificial Intelligence«, das Beiträge von rund 70 Expertinnen und Experten enthält und einen umfassenden Überblick über die verschiedenen Forschungsfelder und Anwendungsbereiche von KI bietet.

Wir sehen, dass KI das Potenzial hat, die Produktivität zu steigern, die Qualität zu verbessern, Kosten zu senken und innovative Lösungen zu entwickeln. Strukturen wie das ADA Lovelace Center helfen, um den Wissenstransfer zwischen Forschungseinrichtungen und Unternehmen zu erleichtern. So können auch kleine und mittlere Unternehmen von Fachwissen und Ressourcen profitieren, was langfristig einen Mehrwert für die Wirtschaft schafft.

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Unterhaltungselektronik, Telekommunikation und intelligente Assistenzsysteme wären ohne digitale Signalverarbeitung nicht denkbar. Jetzt gehen wir den nächsten logischen Schritt, indem wir diese Anwendungsbereiche durch Maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz weiter voranbringen. Im Rahmen des Zentrums für Digitale Signalverarbeitung mittels Künstlicher Intelligenz (DSAI) konnten wir u. a. in Leistungsbereiche der Sprach- und Audiosignalverarbeitung vordringen, die ohne KI-Einsatz nicht denkbar gewesen wären. So können wir z. B. Sprache mit nochmals deutlich niedrigeren Bitraten in guter Qualität codieren.

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Im November 2024 wurde im Forschungsprojekt OpenGPT-X in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IAIS und anderen Partnern das Sprachmodell Teuken-7B in Open-Source-Form veröffentlicht. Das multilinguale Sprachmodell umfasst sieben Milliarden Parameter und wurde für alle 24 europäischen Amtssprachen von Grund auf neu trainiert. Damit hat Fraunhofer bewiesen, dass wir sowohl über die Expertise als auch über die Daten verfügen, um Sprach- und Basismodelle, ohne Verwendung von Technologien Dritter, zu trainieren. Als nächsten Schritt wollen wir diese Modelle für Anwendungsdomänen wie Verwaltung und Justiz sowie für Edge-AI-Anwendungen in Industrie, Robotik, Medizin und Fahrzeugen entwickeln. Hierzu bauen wir signifikante KI-Rechnerkapazitäten an unserem Institut auf und bieten so unseren talentierten Forschenden die Infrastruktur, um sowohl mit eingebetteten als auch mit spezialisierten Modellen arbeiten zu können.

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Die Anzahl der Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen wächst stetig. Ihre Sicherheit und Zuverlässigkeit sind gesamtgesellschaftlich von höchstem Interesse. Als eine der schadenanfälligsten und gleichzeitig teuersten Komponenten fällt der Fokus dabei vor allem auf die Akkus der E-Fahrzeuge. Noch sind exakte Sicherheitsanalysen in der Entwicklung oder während des Lebenszyklus der Energiespeicher oft teuer, umständlich oder schlichtweg nicht möglich. Das System »AIR« (Antriebsbatterieinspektion mittels Röntgen) schafft Abhilfe: Das vom Entwicklungszentrum Röntgentechnik des Fraunhofer IIS entwickelte System ermöglicht es, die mechanische Integrität von Batteriemodulen visuell zu bewerten, indem ein hochaufgelöstes Röntgenbild des Fahrzeugs erstellt wird. Hierfür wird das Auto in das Messsystem hineingefahren, das an eine herkömmliche Waschanlage erinnert. In zehn Minuten ist der Prozess abgeschlossen. Mit den gewonnenen Informationen können einzelne Bestandteile des Fahrzeugs oder der Batterie hinsichtlich Lage, Ausrichtung oder Unversehrtheit analysiert werden. Dank dieser verbesserten Zustandsbewertung können Reparaturaufwände minimiert werden. Davon können nicht nur die Fahrzeughaltenden durch günstigere Versicherungsbeiträge profitieren, sondern beispielsweise auch Käuferinnen und Käufer auf dem Gebrauchtwagenmarkt, die bisher einfach auf einen guten Zustand des Batteriespeichers vertrauen müssen.

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Neue Arbeitsumgebungen für das Fraunhofer IIS: Am 2. Oktober 2024 wurde ein neues Institutsgebäude am Fraunhofer-Standort im Nürnberger Nordostpark eingeweiht. Der Bereich Supply Chain Services sowie ein Teil der Institutsleitung sind Anfang des Jahres dort eingezogen. Vor Ort ist bereits der Bereich Lokalisierung und Vernetzung beheimatet. Damit stellt das Fraunhofer IIS nun die größte außeruniversitäre Forschungseinrichtung der Stadt. Das neue Gebäude überzeugt vor allem durch ein New-Work-Konzept mit zahlreichen Begegnungsräumen und hochmoderner Ausstattung, wovon Zusammenarbeit und fachlicher Austausch profitieren. Gleichzeitig bietet die flexibel anpassbare New-Work-Umgebung auch die Möglichkeit zum Rückzug und konzentrierten Arbeiten. Rund 220 Mitarbeitende forschen am Standort in Nürnberg im Kontext Künstlicher Intelligenz, Internet of Things und Nachhaltigkeit. Gemeinsam entwickeln sie vernetzte, digitale Lösungen für resiliente und nachhaltige Wertschöpfung und forschen an KI-basierten Lokalisierungs- und Vernetzungstechnologien für robuste, energieeffiziente IoT-Systeme.

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Bis 2045 möchte die Fraunhofer-Gesellschaft klimaneutral werden. Dafür werden diverse Maßnahmen ergriffen, wie beispielsweise Energieeinsparungen an allen Instituten. So wurden im Jahr 2023 bereits etwa 16 Prozent weniger Gas verbraucht. Einen Meilenstein hin zum ressourcenschonenden Heizen möchten wir am Fraunhofer IIS mit der Geothermie nach dem innovativen GeoStar-Prinzip erreichen, welches vom Fraunhofer IEG entwickelt wurde. Durch Schrägbohrtechnik wird ein großes Erdreichvolumen bei minimalem Flächenbedarf genutzt, sodass Erdwärme auch bei wenig Raum zwischen Bestandsgebäuden erschlossen werden kann. Der Nürnberger Standort des Fraunhofer IIS weist alle notwendigen Voraussetzungen für solche mitteltiefen Wärmepumpenanlagen auf und soll in den nächsten Jahren mit einem GeoStar-Demonstrator ausgestattet werden. Der Klimafonds der Fraunhofer- Gesellschaft fördert das Projekt zur mitteltiefen Geothermie an insgesamt zwei Pilotstandorten in Deutschland.

Neben unserem Engagement für die nachhaltigere Gestaltung unseres Instituts in Erlangen, Nürnberg und darüber hinaus trägt vor allem unsere Forschung am Fraunhofer IIS einen wichtigen Teil zur Schonung endlicher Ressourcen und zur Gestaltung einer lebenswerten Zukunft bei: Unsere Forscherinnen und Forscher arbeiten in diversen Projekten, die auf die Sustainable Development Goals der Vereinten Nationen einzahlen.

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Die Bedeutung von Patenten – insbesondere von standardessenziellen Patenten (SEP) – für die deutsche Industrie ist nicht zu unterschätzen. SEP schützen Technologien, die als wesentlich für die Umsetzung eines Standards erklärt wurden. Damit bilden sie die Basis der digitalen Transformation: Weder digitaler Rundfunk noch digitales Fernsehen wären ohne weltweit gültige Audio- und Videostandards denkbar. Und auch mobiles Telefonieren mit Interoperabilität zwischen jedem Mobiltelefon in jeder Region der Welt konnte nur dank der internationalen Standardisierung realisiert werden.

Unser Institutsleiter und Leiter des Bereichs Audio und Medientechnologien, Prof. Bernhard Grill, ist durch seine langjährige Erfahrung bei der Entwicklung und Lizenzierung von Audiocodecs Experte auf dem Gebiet der SEP. Dieses Wissen konnte er 2024 bei zwei gut besuchten Vorträgen beim Deutschen Patent- und Markenamt (DPMA) und beim Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) vermitteln. Dabei unterstrich Grill stets, dass standardessenzielle Patente entscheidend für die digitale Transformation sind, die ohne diese Patente nicht möglich wäre.