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Black Semiconductor aus Aachen hat eine Technologie entwickelt, die den Engpass moderner Chip-Architekturen direkt angeht. Das Start-up nutzt Graphen, eine einzelne Atomlage aus Kohlenstoff, um elektrische Signale in Lichtsignale zu übersetzen und damit Daten innerhalb von Chips zu übertragen. Für diesen Ansatz erhielten die Gründer Dr. Daniel Schall und Sebastian Schall am 5. September 2026 den Aachener Ingenieurpreis im Krönungssaal des Rathauses.
Warum konventionelle Halbleiter an Grenzen stoßen
Der Bedarf an Rechenleistung steigt. KI-Anwendungen treiben den Chipverbrauch in Rechenzentren und Industrieanlagen. Das Problem liegt in der Physik: Moderne Hochleistungschips bestehen aus Strukturen, die nur noch wenige Dutzend Atomlagen dick sind. Eine weitere Verkleinerung wird technisch aufwendiger, Energieeffizienz und Übertragungsraten stagnieren dabei.
Kupferbasierte elektrische Verbindungen innerhalb von Chips und zwischen Chiplets stoßen hier an ihre Grenzen. Optische Verbindungen gelten als Ausweg. Bislang fehlte jedoch ein Material, das sich in bestehende Halbleiterprozesse integrieren lässt.
Graphen als Schlüsselmaterial
Black Semiconductor setzt auf Graphen als aktives Material. Die Technologie heißt intern Integrated Graphene Photonics, kurz IGP. Das Prinzip ist dreistufig: Ein Modulator überführt das elektrische Signal in ein Lichtsignal, optische Wellenleiter transportieren dieses Signal weiter, und am Ziel wandelt ein Photodetektor das Licht wieder in ein elektrisches Signal um.
Graphen kommt sowohl im Modulator als auch im Photodetektor zum Einsatz. Der Vorteil liegt in der hohen Bandbreite optischer Signale bei potenziell geringerem Energiebedarf im Vergleich zu elektrischen Verbindungen.
Produktionslinie FabONE: Ziel Ende 2026
Der Schritt von der Laborentwicklung zur industriellen Produktion ist für Halbleiter-Start-ups die schwierigste Hürde. Black Semiconductor plant dafür die FabONE: eine 300-mm-Produktionslinie in Aachen. Sie soll nach Unternehmensangaben die erste ihrer Art sein und bis Ende 2026 betriebsbereit werden.
300-mm-Wafer sind der Industriestandard in der modernen Halbleiterfertigung. Die Wahl dieses Formats signalisiert die Absicht, auf bestehende Fertigungsinfrastrukturen der Branche kompatibel aufzusetzen.
Skalierung über Chiplets auf Glasinterposer
Perspektivisch will Black Semiconductor die optischen Verbindungen über einzelne Chips hinaus ausweiten. Mehrere Chiplets sollen auf einem gemeinsamen Träger sitzen. Als Material für diesen Interposer ist Glas vorgesehen, in das sich photonische Verbindungen integrieren lassen. Damit sollen auch zwischen vielen Chiplets große Datenmengen optisch übertragen werden können.
Dieser Ansatz ist für die Chip-Industrie relevant, weil moderne Hochleistungssysteme oft aus mehreren spezialisierten Chiplets bestehen, die miteinander kommunizieren müssen. Bandbreite und Latenz dieser Verbindungen bestimmen die Gesamtleistung des Systems.
Aachener Ingenieurpreis
Den Aachener Ingenieurpreis vergeben die RWTH Aachen und die Stadt Aachen gemeinsam. Der Verein Deutscher Ingenieure ist Preisstifter. Frühere Preisträger waren unter anderem Berthold Leibinger von TRUMPF und Franz Pischinger, Gründer der FEV Motorentechnik.
Der Beirat begründete die Entscheidung damit, dass Black Semiconductor neue Maßstäbe für energieeffiziente und hochskalierbare Datenverbindungen direkt auf dem Chip setze und zentrale Leistungs- und Effizienzgrenzen bestehender Halbleiterarchitekturen adressiere.
Ausblick
Black Semiconductor steht vor dem Übergang von der preisgekrönten Labortechnologie zur skalierbaren Produktion. Die FabONE-Linie wird zeigen, ob sich Graphen-basierte Photonik in industriell relevantem Maßstab fertigen lässt. Optische Chip-Verbindungen könnten mittelfristig die Leistungsgrenzen verschieben, an die heutige Systeme stoßen.
