Samstag, 18. September 2021
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Know-how: Uni Bremen entwickelt vertrauenswürdige Elektronik

Bremen. (uni) Unser Alltag wird zunehmend von moderner Mikroelektronik beeinflusst. Der muss man vertrauen können: Ob bei selbstfahrenden Autos oder Servicerobotern – es muss sicher sein, dass alles funktioniert und keine Manipulationen oder unbekannte Zusatzfunktionen möglich sind. In einem Projekt des Bundes forscht das Institut für Theoretische Elektrotechnik und Mikroelektronik der Universität Bremen gemeinsam mit weiteren Partnern nun am Know-how-Schutz für vertrauenswürdige heterogene Elektroniksysteme.

Elektronik wird heute nicht mehr in einem Land und an einem Ort, sondern in vielen Teilschritten rund um den Globus entwickelt und produziert. Wer weiß schon, ob dabei alles mit rechten Dingen zugeht, ob einwandfreie Qualität produziert und keine versteckten Funktionen in der Soft- und Hardware eingebaut werden? Die Endkunden und Anwendende erwarten genau das: Vertrauenswürdige Elektronikprodukte. Um diese in Deutschland bereitstellen zu können, fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit der Leitinitiative «Vertrauenswürdige Elektronik» wissenschaftliche Projekte zur Erforschung und Entwicklung neuer Methoden für Entwurf und Herstellung solcher Komponenten. Eines dieser Projekte – das mit sechs Millionen Euro geförderte Verbundvorhaben «Know-how-Schutz für vertrauenswürdige heterogene Elektroniksysteme mit Chiplets» (VE-REWAL) – wird vom Institut für Theoretische Elektrotechnik und Mikroelektronik (ITEM) der Universität Bremen koordiniert.

Chipfunktionen auf mehrere Bauteile verteilt

«Ziel von VE-REWAL ist es, Methoden und Technologien für die Realisierung von Plattformlösungen für vertrauenswürdige vielschichtige Elektroniksysteme zu erforschen. Dabei setzten wir auf eine neuartige Systempartitionierung und ein neues Systempackaging», erläutert Professor Steffen Paul, Leiter des ITEM. Die Funktionen einzelner Chips werden auf mehrere einfachere Bauteile – sogenannte Chiplets – verteilt. Diese werden erst für das Endprodukt wieder zusammengefügt.

«Vereinfacht gesagt: Wir splitten das elektronische Produkt für die Herstellung auf und bauen die Einzelteile erst am Ende zusammen», verdeutlicht der Elektrotechniker/Mikroelektroniker. «Der Vorteil ist, dass so sowohl die Funktionsweise als auch das geistige Eigentum gegenüber Dritten verschleiert werden. Die Funktionen der Signalverarbeitung werden auf verschiedene Chiplets so verteilt, dass einzelne Chiplets für Angreifer wertlos sind. So kann das Gesamtsystem geschützt und gleichzeitig auf unterschiedliche Lieferanten zurückgegriffen werden.»

Im Package werden die Chiplets der Signalverarbeitung dann zusammen mit Hochfrequenzschaltungen, gefertigt in der mm-Wellen SiGe Hochfrequenztechnologie von Infineon, und Antennen zusammengefügt. Dazu werden Technologien des Chip first respektive RDL 1st fan-out Wafer-Level Packaging auf ihre Eignung für Hochfrequenzschaltungen untersucht und neue Prozessschritte entwickelt.

Neue Richtlinien und Konzepte

Zusätzlich werden in dem Projekt neue Richtlinien für das Elektronikdesign sowie neue Konzepte für die Integration und Kommunikation erarbeitet. «Die Funktionalität unserer Entwicklungen soll an einem hochmodernen Radarsystem für die Automobilindustrie demonstriert werden», erläutert Steffen Paul die Vorgehensweise. «Dabei setzten wir zum Beispiel auch auf eine zusätzliche Verschlüsselung der Kommunikation zwischen den Chiplets, um Datenmanipulation zu verhindern.» Für das Gesamtkonzept werden umfangreiche Testmethoden aufgebaut. Sie werden sowohl im Herstellungsprozess als auch beim Betrieb des Systems eingesetzt, um etwaige Manipulationen zu entdecken.

Der modulare Ansatz schafft auch die Basis für die Entstehung eines Marktes von Chiplet-Anbietern, etwa klein- und mittelständischen Unternehmens mit Spezial-Know-how. Die Verwendung offener Standards für die Kommunikation zwischen den Chiplets sowie die Verwendung offener Prozessorarchitekturen schaffen die Basis für einen breiten Einsatz der entwickelten Methoden.

Enge Kooperation zwischen Wirtschaft und Wissenschaft

Unter Leitung des ITEM gibt es in den Forschungsvorhaben eine enge Kooperation von industriellen und akademischen Forschungspartnern. Die Infineon Technologies AG und das Fraunhofer IZM arbeiten an einer Verbesserung der Waferlevelpackagings zur Integration von Hochfrequenz-Komponenten, die von der Ruhr-Universität Bochum entwickelt werden. Das Fraunhofer FHR entwickelt die Radarsignalverarbeitung, deren Partitionierung und Implementierung auf Chiplets von der Universität Bremen vorgenommen wird. Die PHYSEC GmbH berät zur kryptographischen Absicherung der Kommunikation. Neue Testmethoden stellt die Viconnis Test Technologie GmbH bereit. Die Conti Temic microelectronic GmbH sowie die Technische Hochschule Ingolstadt erarbeiten Test- und Analysekonzepte für das Package.

Das Projekt VE-REWAL wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Leitinitiative «Vertrauenswürdige Elektronik» mit rund sechs Millionen Euro gefördert und läuft bis April 2024.

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