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Künstliche Intelligenz

Gezielte Materialfehler können Effizienz von Chips erhöhen


Was, wenn die winzigen Mängel in einem Material, die Ingenieure seit jeher zu vermeiden suchen, in Wahrheit ein ungenutztes Potenzial darstellen? Genau dieser Frage sind Forscher des Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) im chinesischen Ningbo nachgegangen. Ihre Antwort, veröffentlicht im renommierten Fachmagazin Nature Materials, könnte die Art und Weise, wie wir über die Entwicklung von Elektronik denken, grundlegend verändern.

Die Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, gezielt herbeigeführte „Unvollkommenheiten“ in einem Material zu nutzen, um die Energieeffizienz von spintronischen Bauteilen um das Dreifache zu steigern. Das ist ein bemerkenswerter Fortschritt auf einem Gebiet, das ohnehin als große Hoffnung für die Elektronik der Zukunft gilt.

Vom Problem zur Lösung: Der Spintronik-Ansatz

Die Spintronik gilt als eine der vielversprechendsten Technologien für das Zeitalter nach dem Silizium. Anstatt wie bei herkömmlichen Chips nur die elektrische Ladung von Elektronen für die Datenverarbeitung zu nutzen, bezieht die Spintronik eine weitere Quanteneigenschaft ein: den Spin der Elektronen, eine Art inneren Eigendrehimpuls.

Doch die Forschung stieß bisher auf einen hinderlichen Kompromiss. Materialfehler konnten zwar das Schreiben von Daten erleichtern, erhöhten aber zugleich den elektrischen Widerstand und damit den Energieverbrauch. Das Team aus China konzentrierte sich nun auf einen verwandten Quanten-Effekt, den sogenannten Orbital-Hall-Effekt. Dieser beschreibt die Bewegung von Elektronen um den Atomkern.

Hier entdeckten die Forscher einen unkonventionellen Mechanismus in dem Material Strontiumruthenat. Vereinfacht ausgedrückt, führen bestimmte Streuprozesse an den Materialdefekten nicht zu einem Leistungsverlust, sondern verlängern die „Lebensdauer“ des orbitalen Impulses. Das Resultat ist ein stärkerer orbitaler Strom, der für das Schalten von magnetischen Zuständen genutzt werden kann.

Ein neues Regelwerk für das Chipdesign

„Diese Arbeit schreibt im Grunde das Regelwerk für das Design dieser Bauteile neu“, erklärt Prof. Zhiming Wang, einer der korrespondierenden Autoren der Studie, laut einer Mitteilung, die ScienceDaily veröffentlichte. „Anstatt Materialunreinheiten zu bekämpfen, können wir sie nun ausnutzen.“

Seine Kollegin Dr. Xuan Zheng, eine der Erstautorinnen, ergänzt, dass diese Streuprozesse, die „normalerweise die Leistung beeinträchtigen, tatsächlich die Lebensdauer des Bahndrehimpulses verlängern und dadurch den orbitalen Strom verstärken“. Diese Erkenntnis ist der Kern des Durchbruchs.

So vielversprechend diese Ergebnisse klingen, so klar ist auch der potenzielle Haken. Es handelt sich um Grundlagenforschung, die unter Laborbedingungen stattgefunden hat. Der Weg von einer dreifachen Effizienzsteigerung auf einem experimentellen Chip bis hin zu einer zuverlässigen Massenproduktion für den Markt ist erfahrungsgemäß lang, komplex und kostenintensiv.

Dennoch ist die Entdeckung mehr als nur ein weiterer akademischer Erfolg. Sie stellt ein etabliertes Paradigma in der Materialwissenschaft infrage – nämlich, dass Perfektion und Reinheit immer das oberste Ziel sein müssen. Sollte sich der Ansatz als skalierbar erweisen, könnte er die Entwicklung von extrem schnellen und energieeffizienten Speichern wie MRAMs beflügeln und damit künftigen KI-Anwendungen oder mobilen Geräten zugutekommen.

Dieser Beitrag ist zuerst bei t3n.de erschienen.


(jle)



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Laser-Pulverbettfusion im Wandel | heise online


Die Laser-Pulverbettfusion zählt zu den führenden industriellen 3D-Druckmethoden. Sie dient hauptsächlich dazu, anspruchsvolle, belastbare Komponenten in Luftfahrt, Raumfahrt, Medizin und Werkzeugproduktion herzustellen. Über sechs Jahre hinweg untersuchten Wissenschaftler unter Führung der Universität Duisburg-Essen verbesserte Techniken und Materialien.

Wie der Informationsdienst Wissenschaft berichtet, schloss das Forschungsteam das DFG-finanzierte Schwerpunktprogramm „Werkstoffe für additive Fertigung“ kürzlich ab. Die Erkenntnisse dienen als wertvolle Grundlage für Forscher und Unternehmen. Bei der Laser-Pulverbettfusion (LPBF) lässt ein Laser feine Lagen aus Metall- oder Kunststoffpulver gezielt schmelzen. So baut sich das Objekt schrittweise auf. Um Materialien und additive Prozesse systematisch voranzutreiben und zu vereinheitlichen, startete die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) 2019 das Schwerpunktprogramm SPP 2122. Unter Leitung von Prof. Dr. Stephan Barcikowski aus der Technischen Chemie an der Universität Duisburg-Essen (UDE) erkundeten seitdem über 30 Teams unterschiedliche Themenbereiche.

Erfahrungswerte zu LPBF

Von angepassten Metall- und Kunststoffrohstoffen über Ergänzung mit Nanopartikeln bis zu genauer Prozessanalyse reichte das Forschungsspektrum. 32 Labore weltweit stellten nach einheitlichen Vorgaben Elemente aus metallischen und polymeren Substanzen her, teils mit Nanopartikel-Zusätzen, teils ohne. So verglichen sie Einflüsse von Rohstoffmerkmalen, Geräteeinstellungen und Abläufen gründlich. Daraus entstand eine weltweit einmalige Sammlung von Erfahrungswerten und Daten, die das Forschungsteam zur Interlabor-Studie zusammenfasste.

„Die Interlabor-Studie ist ein Meilenstein für Wissenschaft und Industrie, denn sie liefert erstmals weltweit vergleichbare Daten zu hochkomplexen Fertigungsprozessen über verschiedene Materialklassen hinweg“, sagt Dr. Anna Ziefuß, Leiterin der Arbeitsgruppe Oberflächenchemie und Laserbearbeitung an der UDE. „Die Ergebnisse der Studie, zusammen mit den Beiträgen im Special Issue, bieten Einblicke in die gesamte Prozesskette – vom Materialdesign und den Partikeleigenschaften bis zur finalen Bauteilperformance.“ Aus diesen Erkenntnissen können bessere Richtlinien entstehen, lassen sich Abläufe gezielt verfeinern und Rohstoffe rascher und effizienter einsetzen.

Interlabor-Studio im Open Access

Die Daten der Interlabor-Studie sollen allen Interessierten zur Verfügung stehen und ab 10. November 2025 im Internet verfügbar sein. Das Special „Materials for Additive Manufacturing – Final Outcomes of SPP 2122„, das viele Themen der Studie aufgreift, wurde vorab schon veröffentlicht. „Unser Ziel war es, sowohl grundlegendes Verständnis als auch praktische Lösungen zu präsentieren – und beides vollständig im Open Access“, so Ziefuß.


(usz)



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Ryzen-9000-Defekte: AMD mahnt zum BIOS-Update


AMD äußert sich erstmals zu defekten Ryzen-9000-Prozessoren, die sich insbesondere im Frühling bei der Kombination aus Ryzen 7 9800X3D und Asrock-Mainboard gehäuft haben. Zwei hochrangige AMD-Manager verwiesen zum einen auf Mainboard-Hersteller, die sich nicht an AMDs Empfehlungen halten, etwa bei den CPU-Spannungen. Zum anderen erinnern die Mitarbeiter daran, wichtige BIOS-Update aufzuspielen.

Quasarzone aus China sprach mit David McAfee, der bei AMD das Client Channel Business leitet, und mit Travis Kirsch, Direktor fürs Client Product Management. Sie führten auch an, dass die Langlebigkeit einer Plattform die Validierung erschwert. Je mehr CPU-Generationen und Chipsätze mit einer CPU-Fassung erscheinen, desto mehr Kombinationen müssen die Hersteller testen. Für die AM5-Plattform gibt es bisher die Ryzen 7000 und Ryzen 9000.

Ryzen 7 9800X3D besonders häufig betroffen

Beim Ryzen 7 9800X3D häuften sich dieses Jahr Defekte, teils mit deutlich sichtbaren Brandspuren in der CPU-Fassung. Schuld waren letztendlich zu hohe Spannungen, insbesondere im Zusammenspiel mit der Übertaktungsfunktion Precision Boost Overdrive (PBO). Die X3D-Modelle reagieren aufgrund ihrer flachen, gestapelten Chips besonders empfindlich auf hohe Spannungen.

Da sich der Achtkerner Ryzen 7 9800X3D für Gaming-PCs besser verkauft als die teureren X3D-Prozessoren, häuften sich dort die Defekte. Vereinzelte Fälle gab es auch mit Mainboards von Asus, Gigabyte und MSI, größtenteils waren jedoch Systeme mit Asrock-Platinen betroffen.

Asrock benötigte mehrere BIOS-Update-Runden, um die Probleme in den Griff zu bekommen. Zuletzt kamen im Mai 2025 BIOS-Updates für alle AM5-Mainboards, welche die Spannungen und Übertaktungsfunktionen angepasst haben. Erst letzte Woche wurden wieder Fälle bekannt, bei denen Nutzer alte BIOS-Versionen verwendeten. In anderen Fällen ist die Ursache jedoch unbekannt. Nutzer finden die aktuelle BIOS-Version auf der Produktseite ihres Mainboards unter dem Reiter „Service“.

Übertriebene BIOS-Einstellungen ab Werk sind schon seit Jahren ein Problem, früher primär bei Intel-Plattformen. Inzwischen richtet auch AMD wiederholt die Finger auf Mainboard-Hersteller. Erst kürzlich beschwerte sich die Firma über nicht verteilte Fixes für Tursted Platform Modules (fTPM). Sie stehen seit 2022 bereit, werden teilweise aber von den Mainboard-Herstellern ignoriert.


(mma)



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Robocop Light: Exoskelett Hypershell Pro X im Test


Das Hypershell Pro X ist ein elektrisch betriebenes Exoskelett, das Gehen erleichtern soll. Es hat dazu zwei Motoren an der Hüfte, die bei Beinbewegungen unterstützen. So soll man entweder 30 Kilogramm mehr tragen können oder bei gleicher Belastung bis zu 30 Prozent weniger Kraft aufwenden müssen, verspricht der Hersteller. Das Exoskelett hilft auch bei anderen alltäglichen Bewegungsabläufen. So ist es je nach Modell möglich, damit leichter Treppen zu steigen, Fahrrad zu fahren und zu joggen.

Das Exoskelett hat speziell dafür verschiedene, auf Wunsch automatisch umschaltende Bewegungsprofile, die zu unterschiedlichen Unterstützungsbewegungen führen. Beim günstigsten Modell, dem Hypershell Go X (999 Euro), sind es sechs Profile, die durch einen 400-Watt-Motor unterstützt werden. Die beiden Varianten mit doppelt so hoher Motorleistung – die Modelle Hypershell Pro X (1199 Euro) und Carbon X (1799 Euro) – helfen bei zehn Bewegungsarten. Besonders das Radfahren ist ein fühlbarer Mehrwert, aber auch Gehen auf Schotter sowie Bergsteigen erweitern den Nutzen.

  • Das Exoskelett Hypershell Pro X unterstützt Träger bei diversen Bewegungsabläufen.
  • Das Mehr an Ausdauer und Kraft ist deutlich spürbar.
  • Leider ist die Lebensdauer des Geräts nicht sehr lang.

Die Modelle unterscheiden sich auch in der Reichweite. Dem Go X liegt ein normaler Akku bei, den anderen Modellen zwei – angesichts doppelter Motorleistung angemessen – Thermoakkus, die bis zu minus 20 °C funktionieren sollen. Damit kommt man 2,5 Kilometer weiter als beim Einsteigermodell, das laut Datenblatt 15 Kilometer Reichweite erlaubt.


Das war die Leseprobe unseres heise-Plus-Artikels „Robocop Light: Exoskelett Hypershell Pro X im Test“.
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