Im Verbundprojekt CHOPS entwickelt das Fraunhofer-Institut für
Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS gemeinsam mit Partnern einen offenen Designprozess für photonisch-elektronische Chips. Ziel ist es, Entwicklung, Packaging und Fertigung besser miteinander zu verzahnen und in einer durchgängigen Open-Source-Umgebung abzubilden. So stärkt das Projekt die Innovationskraft und technologische Unabhängigkeit der europäischen Mikroelektronik.

Die Herausforderung: Fragmentierte Designlandschaft und Abhängigkeiten

Hochintegrierte photonisch-elektronische Systeme gelten als Schlüsseltechnologie für Kommunikation, Sensorik und Quantentechnologien. Doch bislang fehlt ein durchgängiger Open-Source-Entwicklungskette (Designflow), der die Entwicklung von photonisch integrierten Schaltungen (PICs), spezialisierten integrierten Schaltungen (ASICs), Packaging und Leiterplatten systematisch verbindet. Zugleich ist die Entwicklung moderner Chips heute stark von proprietären Designumgebungen und globalen Wertschöpfungsketten abhängig – ein Faktor, der die technologische Handlungsfähigkeit Europas zunehmend beeinflusst. Genau hier setzt das Verbundprojekt CHOPS (Chances for Heterogeneous Integration using Open-Source Tools for the Realization of Photonic-Electronic Systems) an.

Die Lösung: Ein offener Designflow für heterointegrierte Systeme

Im Rahmen der Maßnahme »DE:Sign Challenge« des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) entwickelt ein interdisziplinäres Konsortium einen offenen, durchgängigen Entwurfsprozess für heterointegrierte elektro-photonische Systeme. Ziel ist es, bestehende Lücken in Open-Source-Designwerkzeugen zu schließen und so die Innovations- und Wettbewerbs­fähigkeit in der Chipentwicklung nachhaltig zu stärken.

Das Projekt läuft vom 1. Januar 2026 bis zum 31. Dezember 2028 und wird mit 2.187.518 Euro gefördert (Fördernummer 16ME1158). Die Verbundkoordination liegt bei der Swissbit Germany AG, weitere Projektpartner sind das Fraunhofer IMS, Fraunhofer IZM, FiconTEC, Systemscape, die TU Berlin, Vishay sowie die assoziierten Partner Siemens EDA und ZUKEN.

Designwerkzeuge für elektro-photonische Systeme

Das Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS entwickelt im Projekt Werkzeuge für die Planung und Prüfung von Siliziumnitrid-Photonikchips. Gleichzeitig sorgt es dafür, dass diese Tools nahtlos mit Open-Source-Software für elektronische Chips zusammenarbeiten, sodass elektrische und photonische Komponenten gemeinsam entworfen werden können. 

»Ein besonderer Schwerpunkt liegt darauf, fertigungsspezifische Regeln für optische und elektrische Verbindungen direkt in den Entwurfsprozess einzubeziehen«, erklärt Sascha Chur vom Fraunhofer IMS. So können bereits in frühen Entwicklungsphasen mögliche Probleme erkannt werden, teure Korrekturschleifen vermieden und die Umsetzung komplexer Systeme zuverlässig sichergestellt werden. 

Brücke in die Fertigung: FMD und APECS-Pilotline 

Eine besondere strategische Bedeutung erhält das Projekt durch die Anbindung an die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) und die APECS- (Advanced Packaging for Electronic and Photonic Convergent Systems) Pilotline an den Fraunhofer-Instituten IMS und IZM. Die im Projekt entwickelten Open-Source-Designwerkzeuge werden dort unter realen Fertigungsbedingungen erprobt. So wird der Weg vom digitalen Design bis zur fertigen Hardware praxisnah demonstriert. 

Durch die enge Verzahnung von Design, Fertigung und Test leistet CHOPS einen wichtigen Beitrag zur technologischen Souveränität in der Mikroelektronik Europas. Offene Schnittstellen und standardisierte Datenformate ermöglichen es insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen sowie Hochschulen, komplexe photonisch-elektronische Systeme niederschwellig zu entwickeln und in industrielle Fertigungsprozesse zu überführen.