Verstehen, was Materialien im Innersten zusammenhält

Chemnitzer Forscher erhalten vom Chiphersteller AMD den Auftrag, Materialeigenschaften neuartiger Mikroprozessoren zu berechnen.

Atomare Struktur von beta-Quarz Siliziumdioxid

Chemnitzer Wissenschaftler unter der Leitung von Prof. Dr. Christian Radehaus unterstützen Materialscreenings für zukünftige Mikroprozessoren von AMD. Dazu wurde der Geschäftsbereich „Materialberechnungen auf atomarer Skala“ - kurz MATcalc - gegründet. Für dieses Projekt der Gesellschaft für Wissens- und Technologietransfer der TU Dresden (GWT-TUD) mit Sitz im Technologie Centrum Chemnitz (TCC) werden die modernsten Berechnungsmethoden und Hochleistungscomputer eingesetzt.

Die MATcalc-Experten berechnen Materialeigenschaften neuartiger Mikroprozessoren aus physikalischen Prinzipien mit so genannten ab-initio-Methoden. Dabei handelt es sich um parameterfreie Rechenmethoden, die keine Eingangsdaten aus Experimenten mehr benötigen. Stattdessen wird das physikalische Verhalten jedes einzelnen Atoms mit seinen Elektronen aufgrund seiner Stellung im Periodensystem bestimmt. Mit diesen Ergebnissen können die Forscher auf die Zusammenhänge zwischen den Atomen und damit auf die Materialeigenschaften schließen. Ziel ist, Zeit und Kosten bei der Entwicklung neuer Mikroprozessoren zu sparen, da die Anzahl der Experimente reduziert werden kann.

Untersuchungen auf atomarer Ebene gewinnen zunehmend an Bedeutung. In der nächsten Technologiegeneration von AMD sind die Transistorstrukturen nur noch wenige Nanometer klein. Zum Vergleich: Der Durchmesser eines menschlichen Haares beträgt etwa 50 000 Nanometer.. „Zukünftig bietet die atomare Betrachtung ganz neue Möglichkeiten, nicht nur in der Halbleiterindustrie, sondern auch im Maschinenbau, in der Medizintechnik und anderen Industriebranchen," erklärt Prof. Radehaus, Projektleiter vormals Inhaber der Professur Festkörper- und Optoelektronik und nun emeritierter Professor der  TU Chemnitz.

Die atomaren Berechnungen erfordern eine hohe Rechenleistung. Dafür wurde von der GWT-TUD GmbH ein leistungsfähiger Computer-Cluster bereitgestellt und im TCC in Betrieb genommen. Gebaut wurde der Cluster vom Chemnitzer Unternehmen INCA Industrie- und Bürotechnik GmbH. "Der neu etablierte Geschäftsbereich MATcalc der GWT-TUD GmbH liefert damit ein herausragendes Beispiel, wie sich neueste wissenschaftliche Methoden aus sächsischen Universitäten in industriell anwendbare Dienstleistungen transferieren lassen", erklärt Radehaus. „Eine maßgebliche Rolle spielt dabei die Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), ohne die eine derartig effiziente Zusammenarbeit nicht möglich wäre.“