Stapel-Chip senkt Stromverbrauch von Servern

MIT-Forscher stoppen dramatischen Anstieg des Energiebedarfs mit neuer Produktionstechnik

Neue Stapeltechnik: Server in Rechenzentren brauchen künftig weniger Strom (Bild: mit.edu)

Cambridge (pte017/11.12.2025/12:30)

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) wollen mit einer neuen Produktionstechnik auf einem Mikroprozessor funktionelle Bausteine mit Speicherfunktion stapeln. So soll der Energiebedarf von Servern sinken. Diese werden in Rechenzentren eingesetzt. In der Regel sind Mikroprozessoren und Speicherchips getrennte Bausteine. Der Datenaustausch zwischen ihnen erhöht den Stromverbrauch, was die Umwelt in Zeiten Künstlicher Intelligenz (KI) und Kryptowährungen zusätzlich belastet. Denn nur selten werden die Anlagen mit umweltneutralem Strom versorgt.

Auch bei Memristoren möglich

Zwar wird der Stromverbrauch auch durch Memristoren deutlich verringert, die in einem Bauteil Mikroprozessor und Speicher enthalten, sodass auch hier die Wege für den Datenaustausch extrem kurz sind und wenig Energie benötigen. Doch diese Bauteile erfordern einen völlig anderen Produktionsprozess als klassische Mikrochips. Die MIT-Lösung baut dagegen darauf auf.

"Wir müssen den Energieverbrauch für KI und andere aufwendige Berechnungen in Zukunft minimieren, da er einfach nicht nachhaltig ist", sagt Yanjie Shao, Postdoktorand in Nano-Elektronik und Halbleiterphysik, der die Entwicklung des neuen Konzepts maßgeblich vorangebracht hat. "Dazu brauchen wir neue Technologien wie diese Integrationsplattform", unterstreicht er.

Hohe Temperaturen als Problem

Bisher ist es kaum möglich, auf Chips weitere Funktionselemente aufzubauen, weil die dazu nötigen hohen Temperaturen die bereits vorhandenen Transistoren zerstören. Dank der neuen MIT-Integrationstechnik lassen sich stattdessen aktive Komponenten auf der Rückseite des Chips anbringen. "Wenn wir diese Back-End-Plattform nutzen, um zusätzliche aktive Transistorschichten einzufügen, erhöht das die Integrationsdichte des Chips erheblich und verbessert seine Energieeffizienz", so Shao.

Das ist den Experten mithilfe von amorphem Indiumoxid gelungen. Dieses Halbleitermaterial wurde bisher nicht für diese Zwecke genutzt. Die Forscher scheiden dieses bei 150 Grad Celsius als extrem dünne Schicht auf der Rückseite eines bestehenden Halbleiterbauelements ab. Zudem fügen sie eine Schicht aus ferroelektrischem Hafnium-Zirkonium-Oxid hinzu, das als Speicherkomponente dient. "Jetzt können wir eine Plattform für vielseitige Elektronik auf der Rückseite eines Chips aufbauen, die es uns ermöglicht, eine hohe Energieeffizienz und viele verschiedene Funktionen in sehr kleinen Geräten zu erreichen", erläutert Shao.

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