Ferroelektrische Speicher Wissenschaftler überwinden entscheidende Hürde in der Speichertechnologie

Das belgische Forschungslabor Imec hat auf einer Fachkonferenz zwei Neuerungen im bereich ferroelektrischer Speicher vorgestellt, die veraltete Chip-Speicher durch schnellere, dichtere und kostengünstigere Alternativen ersetzen könnten.

Forscher des belgischen Halbleiterinstituts imec haben zwei Durchbrüche bei einer Speichertechnologie bekannt gegeben, von der viele in der Chipindustrie glauben, dass sie eines der drängendsten Hardwareprobleme der KI lösen könnte: den drohenden Zusammenbruch herkömmlicher Speicher.

Die Ergebnisse, die auf dem IEEE/JSAP-Symposium 2026 zu VLSI-Technologie und Schaltungen in Kyoto vorgestellt wurden, beziehen sich auf ferroelektrische Speicher. Damit werden Chips bezeichnet, die Daten ohne kontinuierliche Stromversorgung speichern, bei niedrigen Spannungen den Zustand wechseln und potenziell weitaus mehr Informationen auf kleinerem Raum unterbringen können als bei heute handelsüblichen Standard-Speicherchips.

KI-Workloads verbrauchen Speicher in einem Ausmaß, für das herkömmliche Technologien nie ausgelegt waren. Gerade DRAM-Speicher werden hiervon besonders beansprucht und stoßen zunehmend an die Grenzen dessen, wie klein und effizient sie noch hergestellt werden können. Die Kosten für neue Speicher, die derzeit aufgrund der hohen Nachfrage zusätzlich in die Höhe schnellen, sowie der Energiebedarf für eine weitere Skalierung werden für Rechenzentren, die KI in großem Maßstab einsetzen, auf Dauer untragbar.

Ein möglicher Weg hin zu schnelleren und günstigeren Speicherchips

Die ersten Ergebnisse von Imec befassen sich mit der Zuverlässigkeit ferroelektrischer Kondensatoren, einem zentralen Baustein von Speichern. Das Team hat gezeigt, dass diese Bauelemente bei etwa 1,3 Volt betrieben werden können – niedrig genug, um den Stromverbrauch deutlich zu senken – und dabei mehr als zehn Billionen Datenzyklen ohne Ausfall überstehen. Diese Haltbarkeit ist eine Grundvoraussetzung für jede Speichertechnologie, die im Bereich der KI-Infrastruktur konkurrieren will, wo Chips kontinuierlich unter hoher Belastung laufen.

Das zweite Ergebnis ist strukturell noch vielversprechender. Imec hat den nach eigener Angabe weltweit ersten funktionsfähigen vertikalen Stapel aus fünf ferroelektrischen Speichertransistoren entwickelt, die direkt übereinander in einer einzigen Säule angeordnet sind. Es ist das erste Mal, dass diese Technik, die bereits aus dem NAND-Flash-Speicher in SSDs bekannt ist, für diese Art von Bauelementen erfolgreich demonstriert wurde. Durch die vertikale Stapelung lässt sich die Speicherdichte vervielfachen, ohne dass eine immer feinere Chipfertigung erforderlich ist – ein entscheidender Vorteil, da die herkömmliche Skalierung an ihre Grenzen stößt.

Eine nachhaltige Unterstützung des steigenden KI-Bedarfs

Das Team hat in diesem Zusammenhaung auch einen seit langem bestehenden Mangel dieser Transistorart behoben: die Schwierigkeit, gespeicherte Daten zu löschen. Durch Hinzufügen eines zweiten Gates zur Bauelementarchitektur konnten die Forscher die Löschleistung deutlich verbessern – eine Lösung, die die Technologie dem praktischen Einsatz einen Schritt näher bringt.

Schnelle und energieeffiziente Speicher

Ferroelektrische Speicher in industrieller Fertigungstechnologie produziert

Nach Angaben von Attilio Belmonte, Programmdirektor bei Imec, zeigten die Ergebnisse, wie Fortschritte in der Materialwissenschaft und der Chip-Integration Hand in Hand gehen können. „Diese Arbeit zeigt, wie wir dank der interdisziplinären Expertise von imec einige der drängendsten Herausforderungen in der Speichertechnologie angehen können“, sagte er in einer Pressemitteilung des Forschungsi. Sein Kollege Maarten Rosmeulen ergänzte, dass das Institut „verschiedene Wege zu den Speicherlösungen erkundet, die erforderlich sein werden, um das rasante Wachstum der KI aufrechtzuerhalten“.(sg)

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