Der rasant wachsende Einsatz Künstlicher Intelligenz treibt den Bedarf an Rechenleistung und damit an Halbleitertechnologie weltweit nach oben. Besonders energieintensiv sind das Training großer Basismodelle und der Betrieb der dafür benötigten Rechenzentren. Studien der Internationalen Energieagentur erwarten bis 2030 einen deutlich steigenden Stromverbrauch von Datenzentren. Vor diesem Hintergrund rückt eine Kernfrage in den Fokus von Politik und Industrie: Wie lässt sich die exponentiell wachsende digitale Rechenleistung mit einem vertretbaren Energieeinsatz verbinden?

Eine zentrale Rolle kommt dabei der Chipfertigung zu – und damit Unternehmen wie Applied Materials. Der US-Konzern entwickelt Fertigungsanlagen und Materialtechnologien für die Halbleiterproduktion und beliefert große Hersteller wie TSMC, Intel und Samsung. Im Zentrum stehen fortschrittliche Prozessschritte wie Abscheidung, Ätzen und Inspektion, die es ermöglichen sollen, Chips leistungsfähiger und zugleich effizienter zu machen. Nach Unternehmensangaben zielt die Technologie darauf ab, mehr Rechenleistung bei geringerem Energieverbrauch zu realisieren, damit die KI-Expansion nicht an physikalische und energetische Grenzen stößt.

Besonders dynamisch entwickelt sich derzeit das DRAM-Geschäft von Applied Materials. Der Speicherbereich ist auf rund ein Drittel des Umsatzes im Segment Halbleitersysteme angewachsen und gilt im Unternehmen als schnellste Wachstumssäule. Technologische Übergänge zu dichter gepackten Strukturen wie 6F2 und künftigen 3D-DRAM-Architekturen erhöhen die Komplexität der Fertigungsprozesse – und damit die Nachfrage nach hochspezialisierter Wafer-Fertigungsausrüstung. Gleichzeitig sorgt der weltweite Bedarf an High-Bandwidth-Memory für KI-Anwendungen dafür, dass Kunden aggressiv in neue DRAM-Knoten investieren.

Um seine Position in diesem Markt zu sichern, setzt Applied Materials auf enge Partnerschaften mit führenden Speicherherstellern. Mit SK hynix hat der Konzern eine langfristige F&E-Kooperation vereinbart, die Innovationen bei DRAM und High-Bandwidth-Memory beschleunigen soll. Im Fokus stehen neue Materialien, fortschrittliche Prozesstechnologien und 3D-Verpackungskonzepte, um Leistung und Effizienz von Speicher für KI-Anwendungen zu steigern. Parallel dazu arbeitet Applied Materials mit Micron in den USA an der Weiterentwicklung von DRAM-, HBM- und NAND-Technologien. In dieser strategischen Partnerschaft fließen das Prozess-Know-how von Applied Materials und die Fertigungskapazitäten des Speicherherstellers zusammen, um Speicherlösungen der nächsten Generation für das KI-Zeitalter zu entwickeln.

Für Anleger in Märkten wie Deutschland, Österreich und der Schweiz eröffnet diese Entwicklung eine Möglichkeit, indirekt am globalen KI- und Halbleiterboom zu partizipieren, der in den heimischen Leitindizes nur begrenzt abgebildet ist. Gleichzeitig zeigt sich an Applied Materials exemplarisch, wie stark wirtschaftliche Chancen und energiepolitische Herausforderungen im KI-Zeitalter miteinander verflochten sind: Die Nachfrage nach Rechenleistung treibt Investitionen in modernste Fertigungsanlagen – und zwingt die Branche dazu, jede neue Chip-Generation nicht nur schneller, sondern vor allem effizienter zu machen.

In Thüringen ist ein großangelegtes Forschungsprojekt zur nächsten Generation der Nanostrukturierung gestartet. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität Ilmenau, der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) in Jena entwickeln gemeinsam eine Hochpräzisionsmaschine, die Nanostrukturen auf Flächen von bis zu einem Quadratmeter erzeugen und vermessen soll. Die geplante 3D-Nanolithographie- und Nanomessmaschine (3D-NLM) soll dabei eine Positionierungsgenauigkeit erreichen, die kleiner ist als ein Atom. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt die erste Projektphase bis 2027 im Rahmen des Programms „Neue Geräte für die Forschung“ mit vier Millionen Euro.

Mit dem Vorhaben zielt das Konsortium auf eine Größenordnung, die bestehende Anlagen deutlich übertrifft. Bisher lassen sich hochpräzise Nanostrukturen auf photonischen Bauteilen nach Angaben der Projektbeteiligten nur bis zu einem Durchmesser von etwa 30 Zentimetern zuverlässig herstellen. Die neue Anlage soll Bearbeitungen und Messungen von Bauteilen mit Kantenlängen von bis zu einem Meter ermöglichen – und damit eine mehr als dreifache Vergrößerung der nutzbaren Fläche erschließen. Die Entwicklungsarbeiten an der Maschine sind angelaufen; das Gesamtprojekt ist in drei Phasen bis 2032 angelegt.

Nanostrukturen gelten seit rund zwei Jahrzehnten als Schlüsseltechnologie, weil sie Licht gezielt beeinflussen können, indem sie dessen Wellenlänge und Ausbreitung steuern. Solche Strukturen finden sich bereits heute in großflächigen Bauteilen, etwa in Displays moderner Fernsehgeräte, die auf Nanotechnologie basieren. Nach Einschätzung der Forscherinnen und Forscher reicht die Genauigkeit bestehender industrieller Lösungen jedoch nicht aus, um künftige Anforderungen in zentralen wissenschaftlichen und technologischen Anwendungsfeldern zu erfüllen.

Die in Thüringen entstehende 3D-NLM soll genau diese Lücke adressieren. Perspektivisch könnte die Maschine zur Fertigung und Charakterisierung elektronischer und photonischer Schaltkreise ebenso eingesetzt werden wie zur Herstellung von Hochleistungsoptiken für die Erdbeobachtung. Auch in der Energieforschung sehen die Projektpartner potenzielle Einsatzfelder. Durch die Kombination aus großflächiger Bearbeitung und atomnaher Präzision erhoffen sich die Beteiligten einen technologischen Sprung, der sowohl der Grundlagenforschung als auch der Entwicklung neuer Komponenten in der Optik- und Elektronikindustrie zugutekommen könnte.