Halbleiter für Weltraum-Missionen | Bit-Rauschen 2026/6

00:00:00: Herzlich willkommen zu Bittrauschen, der Prozessor-Podcast von CT.

00:00:05: In dieser Folge geht es um Halbleiter für den Einsatz im Weltraum beispielsweise in Satelliten!

00:00:10: Sie müssen nicht nur starke ionisierende Strahlung verkraften sondern auch immense Temperaturschwankungen und starke Vibration beim Raketenstart.

00:00:20: Solche speziellen Ships kommen auch in der Medizintechnik und im Waffensystem zum Einsatz.

00:00:26: Gleich dazu mehr... Hallo, mein Name ist Ulrike Kuhlmann.

00:00:45: Ich spreche heute mit meinem CT-Kollegen Christoph Windeck der sich mit Halbleiterschips für den Weltraum beschäftigt hat.

00:00:52: Seine Erkenntnisse hatte er dann auch noch in einem sehr lesenswerten Artikel in CT niedergeschrieben.

00:00:57: aber heute sprechen wir einfach mal darüber!

00:00:59: Hallo Christoph?

00:01:00: Ja hallo Ulrike.

00:01:01: schön dass wir das Thema endlich mal beackern konnten.

00:01:04: es hatte ich die Idee vor Jahren schon einmal aber ist da nie dazu gekommen.

00:01:07: aber die gibt es ja schon lange diese Chips

00:01:10: Genau, ich finde es total spannend.

00:01:12: Ich habe ja mal so was wie Halbleiterei studiert und deswegen hab' ich natürlich den Artikel verschlungen.

00:01:18: Das freut

00:01:18: mich?

00:01:19: Ja!

00:01:21: Vielleicht klären wir erstmal ganz...was ganz Grundsätzliches nochmal.

00:01:24: Wieso braucht man besondere Halbleiter für Satelliten oder andere Raumfahrzeuge?

00:01:30: Also man braucht die natürlich nicht unbedingt, man kann diese Satellite noch so hoch schießen mit normalen Halbreitern drin.

00:01:36: Warum braucht man überhaupt Halbleiter?

00:01:37: Also ich brauche ja eine Stromversorgung da drin.

00:01:39: Ich habe irgendwelche Steuerelektronik, ich muss diese Düsen ansteuern die die Position zum Beispiel halten und meistens hat der Satellit hier auch einen Sinn.

00:01:48: da oben also ein Sensor drinnen zb Radersensor, Bildsensor oder er ist Ein Funksatellit der irgendwas hoch- und runterfunkt oder ausspioniert.

00:01:59: Und dieser Elektronik würde aber eben du hast das ganz am Anfang schon mal erwähnt sehr belastet, denn es gibt eine Menge Belastungen.

00:02:09: Wenn man mal darüber nachdenkt also im Weltall ist es allgemein ungebütlich.

00:02:13: der erste Punkt ist schonmals herrscht Vakuum.

00:02:16: ich kann also keine Lüfterkühlung da einbauen.

00:02:19: das zweite ist Ich habe aber gleichzeitig extreme Kälte.

00:02:23: Also Die Halbleiter müssen auch sehr tiefe Temperaturen aushalten oder die Schaltung müssen beheizt werden.

00:02:31: Denn ach so das wissen wahrscheinlich gar nicht alle die uns jetzt unbedingt zuhören.

00:02:35: So Standard Halbleiter, die sind so oft für null bis ... zero bis achtzig Grad zum Beispiel spezifiziert.

00:02:41: Also unter neun Grad gibt es unter Umständen Probleme.

00:02:45: Teilweise auch mechanischer kommen wir noch drauf Dann gibt es viele Wissen haben schon mal den Begriff kosmische Strahlung gehört.

00:02:52: Das ist eine Sache.

00:02:53: Wir sehen aber ja in letzter Zeit auch diese Polarlichter das sind starke elektromagnetische Entladung In der Ionosphäre da sausen die Satelliten ja auch Mal durch.

00:03:03: Also starke Felder, sag ich jetzt mal allgemein.

00:03:07: Dann werden die Satelliten ja hochgeschossen sagt man auch so.

00:03:12: oder Raumfahrzeuge auch also zum Beispiel Raketenstart da sitzen dann die Menschen falls welche mitfliegen ja auch in so Spezialanzügen wie wir.

00:03:21: das

00:03:21: sieht man immer dass diese schön rum zittern.

00:03:24: ganz genau also das sind auch so Sachen.

00:03:26: das macht der normale die normale Waschmaschine nicht so gerne mit also die geht dann nicht mehr wenn sie oben ankommt.

00:03:31: Dann gibt es harte Vibrationen oder auch extreme Rotationsenergien.

00:03:36: Und dann kommt dazu, obwohl die Belastung so wahnsinnig hoch ist kann ich ja keinen Techniker hinterher schicken der das Ding repariert.

00:03:43: Also das ist jetzt losgefeuert und jetzt fliegt es da und sollte bei manchen Missionen jahrzehntelang berühmtes Jahr Viking, die jetzt seit irgendwie in den siebziger Jahren darum gurgt halten und möglichst eben nicht ausfallen.

00:03:59: also Trotz der hohen Belastung müssen die Chips also auch noch besonders zuverlässig sein.

00:04:04: Und das sind eben ganz andere Betriebsbedingungen, als es bei Elektronik hier auf der Erde ist.

00:04:11: Das kann man so sagen... Für mich wäre das ja nicht so ein Weltraumflug!

00:04:15: Ich würde sterben vor Angst.

00:04:16: Ja

00:04:16: ich will da auch nicht in eine Höllenzigare mit tausend Tonnen Sprengstoff hin und dann hinterher.

00:04:21: Es

00:04:22: ist schon bewundernswert, dass Leute das machen.

00:04:24: Und sehe ich drauf freuen?

00:04:25: Nehmen wir mal so ein Satelliten, da sitzt ja keiner mit drin.

00:04:28: Du hast in dem Artikel besonders betont die Unempfindlichkeit gegen Strahlung, hast dir eben auch nochmal gesagt und sprichst da über ionisierende Strahlung was meint das genau?

00:04:39: Ja das kann ich natürlich alles so toll sagen weil ich auch in meinem früheren Berufsleben bald Strahlenschutzbeauftragter war und in einer Firma war die Röntgenröhren verkauft hat.

00:04:47: Insofern bin ich oder auch gebaut hat.

00:04:50: also mit Strahlungsmessungen kenne ich mich ein bisschen aus aber Hier geht es um andere Energieniveaus im Weltall.

00:04:56: Also ionisierende Strahlung, das ist also Röntgenstrahlung, Teilchen-Strahlung wie wir das im Extremfall von dem Zernbeschleuniger zum Beispiel kennen oder auch die sehen Hamburg aber auch andere lineare Beschleunige.

00:05:09: und ionisieren Strahlungen heißt eben so weil dass im allgemeinen Sinne eben elektromagnetische Wellen oder Teilchen sind die eine so hohe Energie haben dass, wenn sie auf einen Atom- oder Molekültreffen dieses Ionisieren können.

00:05:27: So jetzt habe ich das eine mit dem anderen erklärt.

00:05:29: und was bedeutet ionisieren?

00:05:31: Ionisierung bedeutet, dass man eines oder mehrere Elektronen aus der Umlaufbahn heraus katapultiert.

00:05:37: also wenn dieser Energie von elektromagnetischen Welle oder dem Teilchen sich auf so ein Elektron überträgt dann verlässt er seine Umlaufbahnen und bleibt das Atom oder auch Molekül als positiv geladenes Ion zurück.

00:05:51: Daher kommt das Wort Ionisieren.

00:05:53: Das ist also eine physikalische Veränderung dieses Zustands, dieses kleinen Atoms oder Moleküls und wir müssen hier natürlich immer davon ausgehen.

00:06:03: Also da geht es dann nicht um ein Teilchen und einen Elektronen sondern es geht immer um höhere Dosen.

00:06:10: Es gibt ja die Dosis- und die Dosesleistungen.

00:06:13: Dosis pro Zeit ist die Leistung Da müssen wir gar nicht so drauf eingehen, also darum geht es.

00:06:19: Und jetzt kommt das Fatale für Halbleiterbauelemente.

00:06:23: Halbleiterelemente arbeiten ja genau mit Ladungsträgerdichten innen drin.

00:06:28: Das heißt der Halbleitter macht...der leitet erst mal nix aber je nach Dottierung und je nachdem was an der Steuerelektrode anliegt.

00:06:34: zum Beispiel beim berühmten Feldeffekt-Transistor.

00:06:37: Der FET ist ja in ganz vielen, also in allen Logikchips sie sind voll mit Felteffekttransistoren.

00:06:43: Das ist das wesentliche Bauelement da drinnen.

00:06:46: Und da beeinflusst die Spannung oder die Ladung der Steuerelektrode eben die Ladungsträgerdichte im Kanal.

00:06:54: Klingt jetzt erstmal sehr theoretisch, aber wenn ich in diesem Kanal ein paar Moleküle oder Atoma ionisiere habe auf einmal mehr freie Ladungsträger und das ist ja genau die Steuerungsfunktion, die diese Steuerelektrode hat.

00:07:08: Das heißt, obwohl sich an dem Transistor überhaupt nichts geändert hat.

00:07:14: Wenn Strahlung dazukommt, leitet er auf einmal zum Beispiel stärker oder sogar weniger stark.

00:07:18: also es kann beides passieren je nach dem Typ obwohl er nicht dafür angesteuert wurde und das bedeutet letztlich am Ausgang entsteht ein anderes Signal das heißt die strahlung.

00:07:29: die ionisierende strahlung kann bestimmte halbleiter baulimente fundamental in ihrer funktion stören also im kern und das kann ich eben auch kann sich verhindern also wenn diese strahlungen dahin kommt dann ist das so.

00:07:42: Zum Beispiel,

00:07:43: wenn das ein logisches Gatter ist also ein Endgatter zwei Eins und Null am Eingang.

00:07:48: Und dann soll hinten zum Beispiel dann eins rauskommen und da würde jetzt eben Strahlung drauf einwirken Dann kommt er z.B.

00:07:54: eine Null raus oder sowas.

00:07:55: Also ich habe auf einmal ein falsches Signal.

00:07:58: Aber es können auch diese FETs oder ähnliche Transistoren sitzen sind auch die Bestandteile zum Beispiel von DRAM Speicher Chips und Da kann es dann bedeuten dass eben ein gespeicherter Wert verfälscht wird, also einzelne Bits oder eben auch mehrere Bits verfälst werden.

00:08:15: Und sogar Analogschaltungen können betroffen sein, also zum Beispiel ein Verstärker.

00:08:18: Wir hatten Eingangs erwähnt in so Satelliten kann z.B.

00:08:21: ein irgendwas messen, irgendein analoges Signal wird da von einem Sensor abgenommen und dann kann eben eine Veränderung eines Sohnes... Da würde man keine Feldeffekttransistoren einsetzen oder naja auch einen AD-Wandler zum Beispiel könnte da drin sein.

00:08:35: Da würde vielleicht auch ein falsches Signal bei rauskommen.

00:08:38: der Messwert ist zu hoch oder zu niedrig und da kann man sich vorstellen dass wenn man damit die Position des Satelliten steuern wollte, dass das dann möglicherweise fatal ist.

00:08:47: Das heißt diese... Entschuldigung?

00:08:49: Ja und es gibt noch einen Bereich aus deinem typischen bildgebenden Bereich der ist ganz bekannt.

00:08:53: Das sah man damals auch auf diesen Bildern von Chernobyl.

00:08:58: Typisch waren das ja noch CCD-Sensoren also ChargeCoupled Device.

00:09:02: Diese typischen Kamerasensoren sind heute CMOS Sensoren.

00:09:05: die sind aber ähnlich betroffen.

00:09:07: Das heisst man kann sich so ein Bildsensor vorstellen als hätte man einen Feld einen kleinen Chip.

00:09:13: Auf dem wird das Bild projiziert und da sind dann eben diese einzelnen Pixel.

00:09:16: Und das sind jeweils kleine Fotodioden, kann man sich vorstellen.

00:09:19: also in Wahrheit ist es komplizierter und Ladungssammler.

00:09:22: Das heißt auch hier wird wieder die von den aus den Fotodiode erzeugten Elektronen, die werden irgendwo gesammelt und getaktet ausgewertet.

00:09:31: Wenn ich jetzt eben ionisierende Strahlung in diesem Pixel zusätzliche Elektroner zeugt dann habe ich natürlich ein falsches Signal und ganz typisch ist so einen Aufblitzen, wenn Bildsensoren mit einem laufenden Video in starke Strahlung kommen.

00:09:44: Dann hab' ich so ein Rauschen, so ein körniges Rauschend sieht man richtig!

00:09:48: Das heißt also alle möglichen Fehler können da auftreten.

00:09:51: Ja... das hört sich alles nicht so gut an.

00:09:55: Diese ionisierende Strahlung die gibt's ja auch Also andersherum gibt es nicht nur im Weltall, sondern auch so auf der Erde sozusagen.

00:10:04: Na klar!

00:10:04: Wir haben also eine sehr schwache Hintergrundstahlung die sogenannte Hintergrund-Stahlung, die ja im Wesentlichen durch Atomexperimente definiert ist.

00:10:14: Es halt Atomwaffen gibt ärgerlicherweise aber es gibt natürlich Gegenden in Deutschland ganz berühmt das Erzgebirge wo halt auch der Uranabbau und der Wismut damals war, wo man grundsätzlich Jetzt natürlich vor allem durch den Oranabbau, aber vorher auch schon weil in diesen Bergen halt Pechblende also Oranerz zum Beispiel war oder andere Erze da habe ich halt eine höhere Hintergrundstrahlung.

00:10:38: Aber das sind so geringe Dosisleistungen dass das normale Halbleiter nicht stört.

00:10:44: Es gab allerdings dem berühmten Fall vor ich glaube vierzig Jahren Dass So die ersten DRAM Generationen gestört wurden weil man in dem Verpackungs- also Kunststoff Da sind ja Filler drin, da sind ja auch mineralische Filler Das heißt, das ist ja nicht nur Epoxythase sondern Epoxythase plus irgendwelche klein gemahlenen Steine oder Kalk und da gab es wirklich Alpha-Strahler Reste dabei die dann zum Beispiel zu DRAM Flipbits geführt haben.

00:11:08: Ja also das kann an allen möglichen Stellen passieren.

00:11:12: Das ist die Hintergrundstrahlung und dann haben wir natürlich medizinische Anwendung.

00:11:16: Also das sind die berühmtesten.

00:11:17: also da klar und heute hat zum Beispiel ein CT also einen Scanner mit dieser rotierenden

00:11:27: Die Computer-Tomographie.

00:11:30: Genau, also nicht Magnet-Resonanz-Tomografie, die arbeitet ja mit elektromagnetischen Wellen, die eben nicht ironisieren.

00:11:36: Deswegen ist das viel weniger schädlich für den Organismus.

00:11:39: aber im Computer-Tomogramm da habe ich heute elektronische Detektoren und da würde man dann... Also so lese ich das jedenfalls!

00:11:48: Da gibt es durchaus auch strahlungsfeste Vorverstärker zum Beispiel um die auszuwerten weil der dieser Also der Strahl ist sehr, sehr fein.

00:11:57: Aber da wo er auftrifft, ist er relativ stark und da braucht man sowas auch.

00:12:02: Das hört sich für mich ein bisschen beängstigend an also... Der macht die Halbleaderships kaputt.

00:12:07: in einer Medizin wird es eingesetzt.

00:12:09: Nicht kaputt!

00:12:11: Naja irgendwie schon.

00:12:14: Wie gefährlich ist denn so eine Strahlung für den Menschen?

00:12:17: Ja das hängt ja von der Dosis ab und also der Dosesleistung aber vor allem von der Dosis.

00:12:23: Es gibt ein bisschen mehr alle, also Atomwaffen.

00:12:28: In Japan damals Nagasaki Hiroshima sind natürlich tödlich für Menschen und da gibt es so eine, man sagt eben tausend Rad ist so eine letale Dosis.

00:12:38: das ist ne veraltete Einheit.

00:12:39: heute nimmt man eher gray.

00:12:42: Das kann man dann in Dosis Leistung in Siebert pro Stunde oder umrechnen.

00:12:49: Die Strahlung ist halt so unterschiedlich, deswegen ist das ein weites Gebiet.

00:12:52: Das was ich mit meinem Gamma-Detektor messe sind einzelne Zerfälle von Materialien in der Umgebung.

00:13:00: Wir haben hier einen Hannover berühmten Fall mit diesen Toriumglühstrümpfen wo man dann etwas messen könnte als Umweltlast.

00:13:07: aber für die Strahlungsdosisleistungen beim Röntgen sind sehr hoch Damit ich einen guten Kontrast im Bild nachher kriege, dafür ist der Impuls aber sehr kurz.

00:13:19: Und beim Röntgen kann ich die Strahlung ja vollständig wieder abschalten.

00:13:23: Deswegen kann ich ganz genau sagen... Ich bin da jetzt einmal durchs CT gefahren und das sind so viele Medizy-Wert?

00:13:30: Aber wenn ich eine Umweltlast habe dann ist sie immer da!

00:13:34: Und da kann dann eben eine oder ich inkoperiere die Partikel.

00:13:37: Das heißt, ich habe zum Beispiel Atme einen belasteten Staub ein und hab die Partikel in der Lunge wo ich diese super dünnen Lungenbläschen habe.

00:13:44: Da wirkt es dann eben ganz anders auf mich ein als eben ne Röntgenstrahlung, die ich wieder abschalten kann.

00:13:50: also Strahlung ist überall.

00:13:52: aber wie gesagt da würde sie jetzt Halbleiter in dieser schwachen Ausprägung nicht beeinflussen.

00:13:56: und zB sind ja die Röentgenscanner am Flughafen wo ich mein Gepäck durch schiebe.

00:14:02: Die sind zum einen nach außen abgeschirmt, da sind ja immer so kleine Lamellenvorhänge davor.

00:14:07: Das sind z.B.

00:14:07: noch Bleivohänger.

00:14:08: aber auch der Strahl in der Mitte ist eben sehr fein.

00:14:11: man nennt das auskollimiert.

00:14:12: Das ist nur eine ganz kleine, wie soll man sagen?

00:14:15: So ne Lanze?

00:14:17: und die Dosisleistung, die ich mit so modernen Detektoren brauche, die sind so gering dass sie zum Beispiel die elektronik also normale Elektronik nicht stören.

00:14:27: Also es hängt eben...die Wirkung hängt von der Dosisleistung von der Energie des Strahls, das haben wir jetzt noch gar nicht besprochen.

00:14:34: Das ist richtig vertrackt.

00:14:35: Es gibt ja weiche Elektroentgenstrahlung und harte Strahlung.

00:14:40: Da ist die Energie pro Welle oder Teilchen eben höher.

00:14:45: Und dann gibt es die Dosis... Die allgemeine Dosis über die gesamte Zeit.

00:14:49: Also es sind verschiedene Charakteristik, deswegen ist das sehr vertrakt was welcher Drückung hat.

00:14:54: Okay.

00:14:56: Wir machen mal zurück zum Weltraum!

00:14:58: Wo liegen denn so die Grenzwerte für solche geherteten Ships?

00:15:03: Also ich hatte vorhin gesagt, die tödliche Dosis für einen Menschen.

00:15:08: Das gibt wohl robuste Gemüter, die das überleben.

00:15:11: aber man sagt so tausend Rad ein Kilowahrt.

00:15:14: Das ist die tötliche Dose.

00:15:15: es gab ja dieser entsetzlichen Atomwaffenversuche auch in den fünftiger Jahren im USA.

00:15:20: da hat man solche Experimente gemacht und Für richtig Radiation-hardened, also Red-Hard-Bau-Elemente der höheren Klasse sind zum Beispiel dreihundert Tausend Rad.

00:15:33: Also dreihundert Kilowratt.

00:15:35: Dreihundert Mal so viel wie ein Mensch überleben würde?

00:15:38: Genau!

00:15:39: Aber über die Lebensdauer des Elements, also des Bauelements ist jetzt noch nicht unendlich hart muss man dazu sagen sondern es gibt durchaus Grenzwerte.

00:15:56: Was sagt man denn?

00:15:57: Wie lange bleibt so ein... Na ja, ist wahrscheinlich unterschiedlich.

00:15:59: Je nach Satellit und je nach Rakete und wie lange die im Weltraum bleiben.

00:16:02: Weil wenn ich sage, dreieinhalbfach über die ganze Zeit dann könnte ich sagen das Ding kommt sowieso in zwanzig Jahren wieder runter Dann kann das ordentlich was vertragen.

00:16:12: oder ich brauche nicht so tolle Chips.

00:16:14: Ganz genau!

00:16:14: Da sagst du sprich so einen ganz entscheidenden Punkt an Denn Ich bin auch deshalb aufs Thema gestoßen weil wir kriegen ja hoffenweise Pressemeldung Und ich fahre auch bald wieder auf diese Messe in Nürnberg, die Embedded World und im Vorfeld kriegste dann eben immer alle möglichen Einladungen und neue Produktvorstellungen.

00:16:32: Und mir ist es in den letzten Jahren aufgefallen dass immer mehr Red Heart Bauelemente vorgestellt werden.

00:16:38: Dann habe ich erstes gar nicht kapiert.

00:16:39: aber logisch wenn Elon Musk fünfzehntausend Satelliten hoch schießen möchte und die Chinesen auch und die EU auch also der Diese Mobilfunk-Satelliten das ist ja das Boom Thema im Moment.

00:16:53: Allerdings fliegen die eben nicht so hoch und zu weit, sondern sie fliegen ja nur in dem sogenannten Low Earth Orbit.

00:17:00: Also Leo.

00:17:01: Also das hat nichts mit Löwenzutun oder im Sternbildlöwen wo die rumfliegen, sondern die bewegen sich relativ zur Erde.

00:17:07: also geostationäre Satelliten sind bei sechsten dreißtausend Kilometer draußen.

00:17:11: Also dass, womit wir Satellitten-Fernsehen mit angucken, dann darf sie, wo die Schüssel sich nicht drehen muss Diese Low Earth Orbits, die bewegen sich die ganze Zeit.

00:17:21: Deswegen muss man so viele hoch schicken was man ja auch möchte weil man sehr viele Funkzellen aufbauen will.

00:17:26: das sind ja wie fliegende Mobilfunkmasten kann man sich so vorstellen.

00:17:30: und aus diesem Leo aus diesen low earth Orbit kommen sie aber wieder runter schon nach drei bis fünf Jahren.

00:17:36: Das heißt da brauche ich natürlich nicht super teure Chips.

00:17:39: vor allem habe ich tausende von Satelliten.

00:17:41: Da kann es auch sein dass ich sage So teure Chips möchte ich da gar nicht einlöten.

00:17:47: Ich nehme billigere, aber es gibt nämlich auch externe Schaltungsmöglichkeiten um die Strahlungstoleranz zu verbessern zum Beispiel Redundanz, ja?

00:17:55: Können wir nachher noch drüber sprechen wenn du Lust hast und wenn die nach fünf Jahren sowieso wieder abstürzen dann brauche ich nicht die stärkste Klasse.

00:18:02: und deswegen gibt es jetzt für solche Einsätze auch zb Radiation Tolerant Chips.

00:18:10: Aber Diese Klassen sind alle nicht festgelegt.

00:18:13: Dieser Markt ist winzig und super speziell, da sind auch sehr spezielle Teilnehmer.

00:18:17: Es gibt ja nicht sehr viele Firmen und die Satelliten in den ins Weltall schießen Und einige der Teilnehmer sind gar nicht so scharf drauf dass man darüber so viel berichtet zum Beispiel das Militär und Insofern also in dem Sinne dass man da jetzt Großspezifikationen offen legt oder sowas.

00:18:33: Die forschen sehr offen daran aber z.B.. Ich habe kaum mal ein Foto von irgendeiner bestückten Platine oder sowwas gefunden.

00:18:40: Da wird also sehr viel, das ist nicht gerade die offenste Branche.

00:18:46: Das heißt ja es gibt Baulimente mit ganz unterschiedlichen Parametern.

00:18:52: Jetzt haben wir die Strahlung.

00:18:53: Gibt es denn noch andere Störwirkungen im Halbleiter außer die Ionisierung?

00:18:57: Können sie noch irgendwas anderes machen?

00:18:59: Ja indirekt gibt's noch eine Störwirkung nämlich elektrostatische Auflado.

00:19:03: Also

00:19:04: wenn ich mir Polo ausziehe und so

00:19:06: Genau du kennst das ja ESD Electrostatic Discharge d. h. Du ziehst bei Bei trockener Winterluft merkt man das natürlich mehr, weil die Luft besser isoliert.

00:19:15: Und weil man mehr Wollpolover anhat, speziell auf Kunststoff unter Material besonders toll.

00:19:22: Wenn es so knistert sind ja elektrostatische Entladungen und diese sind für Halbleiter sehr gefährlich ohne Schutzmaßnahmen.

00:19:29: Es gibt natürlich kann die Halbleiterschützen durch Schutzdioden, die eben diese Überspannung ableiten aber tendenziell ist es halt so.

00:19:36: in den Effekt kann man ganz einfach erklären dass die Elektros Die elektrische Feldstärke hängt auch davon ab, also nicht nur davon ab welche Spannung tatsächlich anliegt sondern auch wie groß die Distanz zwischen den Elektroden ist.

00:19:49: Das heißt wenn ich einen eine sehr, sehr dünne Isolierschichten habe.

00:19:56: Dann können schon ganz geringe Spannungen von paar Volt dazu führen dass ich da ne mördermäßige Feldstärke habe und irgendwann ist die Durchbruchspannung erreicht.

00:20:05: das heißt da springt dann wirklich der Funkel über.

00:20:07: also es ist dann da glaube ich kein Funkel sondern in der Tunnel sozusagen die Ladung ja und die macht dabei auch was kaputt.

00:20:12: das heisst da geht die Isolierung so ein bisschen kaputt Und das führt dann irgendwann dazu oder sogar sofort dazu, wenn das eben eine große Energie war, dass der Halbleiter kaputt geht.

00:20:23: Also wirklich einfach beispielsweise stumpfen.

00:20:25: Kurzschluss entsteht und das Ding raucht ab würde man dann sagen, wenn ja der Strom durchrauscht.

00:20:29: Und dummerweise passiert eben, dass wenn starke elektronisierende Strahlung auf einen Isolator trifft, dass da eben auch Elektroden freigesetzt werden was bedeutet?

00:20:40: Das lädt sich auf die Oberfläche zum Beispiel und es steht ein starkes Feld.

00:20:45: also das kann auch passieren.

00:20:48: Und dann gibt es noch einen total skurrilen Effekt, den kannte ich gar nicht.

00:20:51: Den habe ich erst bei der Recherche zu dem Artikel entdeckt.

00:20:55: Das ist die Enhanced Low-Dose Rate Sensitivity ELDRS.

00:21:00: Die ist vor allem für bipolare Transistorschaltung.

00:21:04: Da würde man jetzt sagen Haar Bipolarer Transistor und gibt's ja heute kaum noch.

00:21:06: das ist Quatsch.

00:21:07: also in vielen Analogschaltungen sind die natürlich wichtig Der klassische Transistor aus meinem Kosmos Radioman sozusagen Und die stecken zum Beispiel in manchen Typen von Spannungsreglern.

00:21:24: Also, man hat ja zur Verteidigungsspannung habe ich bei meinem Satelliten eine große Solarzelle.

00:21:29: Da hab' ich dann auch einen Inverter genau wie auf der Erde.

00:21:31: Der macht irgendeine Spannung.

00:21:32: Ich hab Akkusiladich auf und dann brauche ich ja ein Spann- regler für meine Schaltung Und Justament diese Schaltung können auf Dauer unter relativ schwacher Strahlung leiden.

00:21:42: Dann verändern sich die Parameter von dem Ding und dann steigt zum Beispiel irgendwie der Verluststrom oder irgendwas Blödes, und dieser ELDRS da kann man wohl auch dann schaltungstechnisch was dagegen machen.

00:21:54: aber wie gesagt man kann nicht einfach jedes Bauelement hochschießen weil es gibt ja auch wir haben jetzt vor allem nur von diesen Lios gesprochen also von den Low Earth Orbits.

00:22:01: Es gibt natürlich auch Missionen die bleiben lange oben Ich hab ja schon erwähnt, auf sechsen dreißtausend Kilometer unsere Telekommunikationssatelliten.

00:22:10: Die sind Jahre bis Jahrzehnte da oben.

00:22:12: Allerdings ist natürlich auch die Strahlung nicht an allen Stellen im Weltraum gleich stark.

00:22:16: Es hängt davon ab, wo sie stehen.

00:22:19: Also es gibt Zonen mit besonders starker Strahlungen ... Wer hat's von Allen-Gürtel oder so was?

00:22:25: Wo die dann immer mit dem Maß sich Sorgen machen... Da gibts verschiedene Zonen kann man eben auch nicht so pauschal sagen!

00:22:34: Insgesamt klingt das ziemlich teuer, muss ich mal so sagen.

00:22:40: Ich hatte gesehen die NASA, die testet auch ganz fleißig zum Beispiel ihre ganzen Chips also... Ja wahrscheinlich

00:22:47: ihre Ganzen!

00:22:47: Also

00:22:49: es werden wahrscheinlich nicht so viel sein und es wird wahrscheinlich nicht sehr viele Anbieter geben.

00:22:53: Genau da sind wir bei dem Punkt.

00:22:55: Also Red Hat Chips?

00:22:58: Die kannst du zwar in Großhandel bestellen manche Aber da hast du dann zum Beispiel fünfzig Wochen die Verzeit, weil das ist ein super spezieller Markt in dem es nur wenige Hersteller und weniger Abnehmer gibt.

00:23:15: Bei Weitem nicht jeden Stück auch in einer Red Heart Variante, sondern nur ganz bestimmte Ausgewählte.

00:23:20: Und das sind auch spezialisierte Distributoren, Firmen die es oft schon seit Jahrzehnte im Markt sind und du hast es schon erwähnt die NASA auch die ESA übrigens die European Space Agency haben alle Programme für Weltraum Elektronik.

00:23:33: da geht es ja auch um digitale Souveränität weil es zum Teil auch um Waffen geht.

00:23:38: dann möchte man ja dass die auch lokal gefertigt werden Auch die Chips dafür.

00:23:42: Was nutzt es mir, wenn ich eben in China einkaufen möchte?

00:23:46: Das wäre ja so.

00:23:46: das erste was ich abdrehen würde, wäre die Supply und Die braucht man eben nur für bestimmte Projekte.

00:23:55: Niemand kein normaler Mensch kauft sie Und die sind eben nicht nur ein bisschen teurer.

00:24:01: Ich war da auch überrascht über die Preise Sondern die kosten leicht auch mal sagen wir mal das fünfhundertfache oder hundertfacher von einem ähnlichen Parlament also bei diesen Ich sage jetzt mal Spannungsregler.

00:24:13: Da kennen viele, was ist das LM?

00:24:18: Na ja gibt da so einen Standardbauschand, der haben früher immer die Schaltungen gelötet zu einem Fünffoldspannungs-Regler.

00:24:23: Der kostet im Grunde achtzig Cent oder sowas.

00:24:25: und von ST Micro Electronics kein Zufall, es sind französische Firma Frankreichs Naturmacht, die machen relativ viel Red Heart Bauelemente.

00:24:36: Da gibt es auch so einen ähnlichen, ich habe nur den Preis von einem Strom-Begrenzhaarbaustein gefunden.

00:24:40: Das ist ein sehr hübscher Baustein, da dreht man vielleicht nachher im Oktober aber auch nur so ein Acht oder Sechzehn beiniges IC und dann geht's so bei siebenhundert Dollar los.

00:24:49: Wow!

00:24:50: Ja also... Und wie gesagt, da waren das glaube ich sogar neunzig Wochen die Fahrzeit.

00:24:54: Also musste vorher Bescheid sagen Die machen sich halt ab und zu ein paar Wafers damit.

00:24:59: Dann werden die zum Teil ganz speziell getestet.

00:25:02: Die werden wirklich komplett durchgemessen und auch bestrahlt um zu gucken, ob die das wirklich einhalten.

00:25:07: Also da steckt irre Aufwand dahinter.

00:25:10: und auch es ist ja so diese Satellitenprojekte oder manche Forschungsprojekten sind ja Jahre bis zum Teil Jahrzehnte in der Entwicklung.

00:25:17: Das heißt, diese Bauteile müssen auch ewig lieferbar sein.

00:25:21: Und ich will

00:25:22: z.B.,

00:25:22: bei diesen Satellitennetzen, die werden zwar weiterentwickelt also die neuere Generation des Spacelink, nein wie heißen sie?

00:25:30: Starlink SpaceX.

00:25:32: Satellitten kann mehr als die Alte... Das ist nicht unbedingt dieselbe Schaltung, aber ich will ja zum Beispiel die Steuerfunktion oder so was.

00:25:40: Die werden hier möglicherweise Jahre bis Jahrzehnte lang unverändert gebaut.

00:25:43: und insbesondere bei Waffen ist es ja so dass ich meine Minit-Men Atomrakele nicht nach zehn Jahren aussortiere sondern die möchte ich ja lange betreiben.

00:25:53: Man gibt es auch billigere Ansätze.

00:25:57: also wenn ich jetzt... Hatte sich eine Sache war ja schon wenn sie nicht so hoch fliegen?

00:26:01: Oder nicht so lange fliegen dann kann ich ja vielleicht auch billigeres Schips geben.

00:26:05: Ja, das hängt aber sehr davon ab!

00:26:07: Wenn du starke Strahlung hast, hast du eben sofort sichtbare Fehler in der Funktion.

00:26:15: Also speziell bei Ramm.

00:26:19: Da kannst du nicht einfach den Hochschießen und sagen wird schon klampen also du musst das schon simulieren und gucken, aber vielleicht gibt es eben externe Möglichkeiten.

00:26:28: Im Automobilbereich hat man ja auch das große Problem, dass die ganzen Bauteile so lange vorgehalten werden müssen.

00:26:34: Weil so ein Auto ja eben nicht nur zwei Jahre fahren soll sondern länger und das hat mich daran erinnert können sie auch Chips aus dem Automobil Bereich nehmen einfach und sagen Ja zum

00:26:45: Teil ja.

00:26:46: also beim bei Automotive Chips das hatten wir auch glaube ich schon mal in einer anderen Podcast Folge gemacht was da die Besonderheiten sind.

00:26:55: Da geht es ja ganz viel um Zertifizierung und Validierungen, das haben wir vor fünf Jahren gesehen als diese Chipknappheit war.

00:27:04: Das heißt du hast irgendeinen Microcontroller, da ist zum Beispiel SC Micro Electronics Infineon NXP, da sind ja europäische Firmen auch sehr stark.

00:27:11: Und das ist einfach nur irgendein stumpf, strunzblöder billig Microcontroller.

00:27:17: aber du kannst nicht einfach einen vom Chinesen reinlöten weil Du musst genau dieses Bauelement nehmen, denn du hast deine Schaltung wenn die zum Beispiel was weiß ich das ABS steuert oder sowas.

00:27:28: Was im Grunde eine Schaltungstechnik ganz einfach ist.

00:27:31: aber es muss eben auch Spannungsspitzen aushalten im Auto.

00:27:36: Es muss natürlich funktional sicher sein damit es auch wirklich bremst wenn auf die Bremse tritt's.

00:27:41: Es muss Ölnebel aushalten und alles möglich größere Temperaturen.

00:27:45: Das Auto muss ja bei minus dreißig Grad noch bremsen Und im Auto-Innenraum wird es auch schnell mal hundertfünf Grad oder sowas in der Sonne hinter der Heckscheibe, Windschutzscheibe.

00:27:56: Das heißt das muss es aushalten.

00:27:58: aber dann die gesamte Schaltung werden zum Teil ja auch geprüft ob die alle Voraussetzungen erfüllen und da kann ich natürlich nicht einfach irgendwelche andere Bauelemente reinlöten.

00:28:09: Ich kann natürlich wenn ich die Schaltung entwickle kann ich sagen ah ich nehme noch drei andere Mikrocontroller mit rein falls mein Falls mein Differant ausfällt, aber ich kann nicht einfach nach einem vier Jahre alten Auto dann sagen oh jetzt liefert ihr die nicht?

00:28:24: Jetzt löte ich einfach irgendwelche anderen rein.

00:28:26: Das muss sich dann vorher berücksichtigt haben.

00:28:27: So rum wird ein Schuh draus und das hat dir ja zum Teil so in die enge getrieben weil du selbst für relativ nebensächliche Aggregate doch einen zertifizierten Chip haben willst und den kannst du nicht einfach insbesondere einer Knappheitssituation woanders herholen.

00:28:45: also es gibt Schaltungen und Vorschriften, auch im ... heißt ja heute neu.

00:28:56: Medizin-Elektronik ist das natürlich auch so dass ich in den Herzschritt machen nicht einfach irgendeine andere Batterie oder einen anderen Chip löten darf sondern gerade da sind die Zertifizierungsprozesse unglaublich lang.

00:29:07: Und bei Waffen hätte man sehr gerne dass es genau dann explodiert wenn ich das möchte und dass es auch sehr störungsfest ist.

00:29:14: Das ist zum Beispiel auch ein Riesenproblem In dem bei den sehr langlebigen Gütern.

00:29:20: Die Ersatzbeschaffung oder wenn eben ein Hersteller pleite geht.

00:29:22: also da hängt unglaublich viel mehr dran und deswegen hängt das auch so an ganz etablierten alten Firmen, dass hat eben gar nichts mit der eigentlichen technischen Eigenschaft dazu tun aber dass die das wirklich so herstellen.

00:29:35: Das geht soweit, dass bestimmte Halbleiter für das US-Militär aus sogenannten trusted Fabs kommen, die eben bestimmte Auflagen erfüllen.

00:29:42: Ich sag mal der trivialste ist, dass alle Mitarbeitern polizeiliches Führungszeugnis haben oder auffallend wenig Russisch sprechen oder sowas.

00:29:50: Keine Ahnung was da die Voraussetzungen sind im Einzelfall.

00:29:54: aber das ist ja zum Beispiel auch bei Rechenzentren so, dass man halt sagt Tier drei oder so erhöhte Sicherheitsanführung für kritische Infrastruktur.

00:30:04: Da möchte ich natürlich nicht, dass da jeder hin zum Kunst als Praktikant reinläuft und den großen Schalter umlegen kann.

00:30:09: Also so ist es hier auch.

00:30:11: Und das muss ein Hersteller erst mal erfüllen!

00:30:15: Wenn ich jetzt so denke bei Strahlung... also ich gehe nochmal auf die Strahlung zurück, Röntgen-Strahlung.

00:30:22: Wenn man jetzt beim Arzt ist, dann kriegt man irgendwelche komischen Blydinger, Blywesten umgehängt oder so.

00:30:28: Naja, wenn man das digital macht, ist das nicht mehr ganz so krass.

00:30:33: funktioniert hier im Weltall nicht gar so gut.

00:30:35: Das würde ja das Gewicht der Satelliten doch deutlich erhöhen, aber trotzdem gibt es ja auch normale Elektronik in dem Weltall.

00:30:46: also so ein Raspi fliegt da schon mal mit auf der ISS oder so.

00:30:49: wie schützt man die denn dann vor Strahlung?

00:30:53: Also erstmal ist es so, ISS ist ein schönes Beispiel, denn da sind ja auch Menschen an Bord, d. h. allzu schlimm ist die Strahlung da.

00:31:02: Also zum einen sind bestimmte Fertigungsprozesse.

00:31:05: Die sind unterschiedlich anfällig für die Auswirkungen der Strahlung.

00:31:11: Tendenziell gibt es erst mal so eine grobe Faustregel, die sagt je feiner die Fertigungstechnik desto empfindlicher ist die Elektronik weil einfach die Strukturen kleiner sind.

00:31:21: also damit ein solcher mini-mini-minitransistor schaltet.

00:31:26: was heißt das denn wenn der neue Prozessor Bei gleicher Leistungsteller rechnet, also höher Takt zum Beispiel oder mehr Kerner.

00:31:34: Dann bedeutet das ja dass jeder Transistor mit weniger Leistung auskommt.

00:31:39: Obwohl mehr Transistoren drin sind haben sie dieselbe Leistungsaufnahme.

00:31:42: Das bedeutet er schaltet mit weniger Elektronen!

00:31:45: Das bedeutet also auch wenn eine Störung von außen durch Ionisierung auftritt dann hat das größere Auswirkungen.

00:31:52: Also erst mal ganz grob.

00:31:53: tendenziell gesprochen kann man sich einfach erklären.

00:31:55: Im Früher hat man gesagt Ja diese Red Heart Baulimente die werden den älteren Fertigungstechniken gefertigt.

00:32:01: Diese Aussage ist aber eben schon dreißig Jahre alt und seither hat sich die Fertigungstechnik weiterentwickelt, es gibt tatsächlich von manchen Herstellern Beispiel wie der SCMicro, aber es gibt auch einen in den USA für Global Foundry zum Beispiel.

00:32:20: Da gibt es für vorhandene Fertighungstechnik spezielle Libraries, die z.B.

00:32:26: im Verbund mit Esau NASA entwickelt werden also Entwurfsbiotheken wo der Transistor dann zum Beispiel mechanisch etwas anders aufgebaut ist, auf dem selben Fertigungsprozess so dass er unempfindlicher wird.

00:32:40: Das gibt es!

00:32:41: Insofern kann man eben Halbleiter also strahlungsfeste Halbleite auch auf moderneren Prozessen fertigen aber im Moment glaube ich nicht auf den Allermodernsten.

00:32:52: Aktuellste, was ich so gefunden habe war sixty-Nanometer.

00:32:55: Das ist im Grunde von der Fertigungstechnik zwanzig Jahre alt.

00:32:58: also da gab es die ersten sixty-nanometer chips.

00:33:01: man muss aber sagen Es gibt auch heute noch neue chips die man kaufen kann Die mit sixty nanometer gefertigt sind weil man man nimmt ja nicht Um der fertigungstechnik will immer den neuesten prozess.

00:33:12: das ist nämlich auch der in der herstellung teuerste Sondern wenn das reicht für einen halbleiter.

00:33:17: es gibt auch innovative halbleite auf alten fertigungsverfahren Aber grundsätzlich ist es so, natürlich kriege ich mit so einem älteren Prozess nicht so viele Transistoren auf den Quadratmillimetern wie mit dem Neueren und ich kann die auch nicht so schnell takten.

00:33:30: Das heißt also ich habe schon im Prinzip kann ich nicht einfach einen super modernen Chip oder super schnellen Chip in strahlungsfest nachbauen.

00:33:43: allerdings gibt es ja gerade diese irrsinnige Diskussion um KI-Rechenzentren im Weltall von Elon Musk und Google.

00:33:49: Und Google sagt, sie haben schon mal so eine TPU also ihren KI-Beschleuniger in den Beschleunigern gepackt.

00:33:56: Also im Teilchenbeschleunigen und gesagt ging erstaunlich gut nur das Ram.

00:34:02: Da muss ich ein bisschen grinsen weil das RAM ist gerade das Problem.

00:34:05: Das RAM ist es halt aber immerhin schon die Erkenntnis dass diese Logik Schaltung gar nicht so sehr gelitten hat.

00:34:11: Aber ich weiß jetzt eben nicht welche Dosisleistung welcher Energienniveaus das waren und um welche Flughöhe es gegen.

00:34:18: Absolut.

00:34:19: Es geht hier immer um relative Sachen, um Sachen für bestimmte Einsatzgebiete.

00:34:23: das kann nicht machen.

00:34:24: und zur Abschirmung Das Problem ist halt dass viele der kosmischen Teilchen sehr energiereich sind.

00:34:31: da müsste ich halt eine sehr dicke Abschirmo haben Und dann nutzt mir das dann alles wenig.

00:34:36: Dann ist es eben einfacher und billiger als jetzt ein super schweren Satellit hochzuschießen Für dass sich ja mehr Betreibstoff braucht und mehr Steuerleistungen so.

00:34:44: also das ist immer ein Kompromiss.

00:34:45: aber es gibt durchaus Platinenquatsch, also Substrate für das Gehäuse die zum Beispiel glaube ich Bohr enthalten was ein bestimmte Teilchen besser absorbiert.

00:34:59: Das heißt also einen gewissen Schutz kann nicht über das Chipgehäuse mit einbauen und es werden sogar bestimmte Platinmaterialien verwendet.

00:35:07: Also ein gewisser Schutz ist möglich aber ich kann nicht wirklich die Strahlung abschirmen

00:35:12: Bei so einem Ramm.

00:35:13: da könnte ich ja eigentlich mit Fehlerkorrektur etwas machen Genau.

00:35:17: Wird das nicht gemacht, doch?

00:35:18: Doch!

00:35:18: Das wird gemacht.

00:35:19: Das ist möglich.

00:35:20: Natürlich bringt das.

00:35:21: was aber also die bekannteste Fehlerkorrektur die halt zur Verfügung steht und die sich auch in der Ansteuerung relativ leicht umsetzen lässt is Error-Correction Code also ECC.

00:35:34: ich glaube oh Gott jetzt hast du mich erwischt.

00:35:36: da sind glaube ich solche Hamming Codes.

00:35:38: Also es geht jedenfalls über sehr einfache XOR also exklusiv OR Verknüpfungen.

00:35:42: kann ich da irgendwelche Paritätsbitz reinnehmen?

00:35:45: oder eben letztlich ist bei Fehlerkorrektur immer der Punkt.

00:35:48: Ich habe redundante Informationen, das heißt ich nehme zum Beispiel ein acht-Bit und die schicke ich durch so XORXORXO Verkettung und dann kommt eine Prüf Summe raus.

00:36:00: wie bei der eBahn weiß man ja auch da steht hinten paar Zeichen extra und wenn ich die falschen mit einen Tippe dann sagt er halt die iBahn gilt nicht weil er da ja so ne Code Prüfung drin ist.

00:36:09: nach diesem Prinzip funktioniert es Und damit kann ich sehr, sehr viele Fehler ausbügeln.

00:36:14: Aber das klassische ECC ist halt für die Fehler gedacht, die auf der Erde auftreten.

00:36:18: also alle Single-Bit Fehler werden sogar korrigiert Die meisten zwei Bit Fehler auch noch aber vor allem werden auch alle Zwei Bit Fehler noch sicher erkannt.

00:36:28: Deswegen spricht man von Single Error Correction Double Error Detection Sected ist es Verfahren Aber das impliziert natürlich dass es Multibit Fehler gibt.

00:36:40: Also wenn ich jetzt wirklich Stahlestrahlung habe, die zum Beispiel so eine ganze Zeile verfälscht.

00:36:45: Also sehr viele Fehler macht das sie eben weder merke noch korrigiere.

00:36:51: Und soweit hab' ich nicht recherchiert für dieses Ding wie weit man jetzt da noch jedes... also wie weitman Multi-Bit Fehler im Space korrigiert?

00:37:01: Aber natürlich gibt es Fehlerkorrekturverfahren und es gibt extra D-Ramen zb auch in besseren Gehäusen und sowas die das besser vertragen.

00:37:11: Aber tendenziell ist es natürlich so, wenn ich das mit den allermodernsten Chips vergleiche, die dann halt gleich Zweiunddreißig Gigabit auf einem Chip haben und ich habe da so ein Red Heart oder Space Qualified DDR-Zwei von vor acht Jahren.

00:37:26: ja, da reden wir über völlig andere Dimensionen auch der Speichermenge.

00:37:31: Und dann gibt es natürlich, also das wäre da eigentlich das Mittel der Wahl.

00:37:38: Aber man könnte eben auch anders mitreden und dann zu korrigieren.

00:37:41: Genau!

00:37:41: Das habe ich gedacht irgendwie fünfmal auslegen und einer wird schon stimmen oder so.

00:37:46: Da gibt's einen Standardverfahren zum Beispiel... Ich hatte vorhin schon Infineon genannt.

00:37:50: Deren Mikrocontroller sieht man im freien Markt eben eigentlich ganz wenig aber sind die total weit verbreitet.

00:37:55: Die stecken z.B.

00:37:56: in Autosteuergeräten eine Baureihe die extra dafür gedacht ist, die eben diese dreifache Redundanz eingebaut hat.

00:38:05: Das heißt alle Kerne sind dreifach vorhanden.

00:38:08: beim es gibt ein bekanntes Verfahren das nennt sich Triple Modular Redundancy TMR Dreifachemodulare Redundantz.

00:38:15: Das kennen manche auch vom als es damals losging mit den Flugsteuergeräten also richtig in Verkehrsflugzeugen.

00:38:21: Auch da ist es so.

00:38:22: ich habe alles dreifach ausgelegt und Ich habe immer einen Voterschaltkreis und es ist halt immer ungerade Damit ich eben im Zweifel, ich nehme immer nur das Signal was entweder drei geliefert haben von meinen dreien oder wenigstens zwei.

00:38:37: Das ist eine relativ einfache Schaltung und für Space gibt es.

00:38:40: wenn ich also gegen ionisierende Strahlung korrigieren will dann gibt's noch einen Trick weil diese Strahlungsereignisse diese Interaktionen sehr kurz sind diese Fehler.

00:38:50: Das heißt ich kann zum Beispiel diese Schaltung dreifach auslegen jedes logische Gatter und baue da ein kleinen Zeitversatz ein zwischen dem ersten, dem zweiten und dem dritten Gatter jeweils einen kleinen Versatz.

00:39:01: Genau!

00:39:01: Und dann hat möglicherweise einer das nicht abgekriegt aber natürlich singt dadurch meine resultierende Taktfrequenz die ich.

00:39:07: Also wenn ich dann eine Latentsalt bau, kann ich sich mehr so schnell takten wie ohne?

00:39:11: Genau habe ich gedacht, Latentzen werden natürlich dann schrecklich.

00:39:14: Das heißt aber solche Chips sind insgesamt Lama

00:39:18: also Lama als zum vergleichbaren Zeitpunkt auf der Erde verfügbare und sehr viel billigere Chips.

00:39:23: klar genau.

00:39:25: Aber wenn du jetzt deine ISS steuern möchtest, also das ist ja auch so was.

00:39:30: Also wir haben vorhin drüber gesprochen, wann würde ich das nehmen?

00:39:33: Ja, also wenn das Leben von Menschen davon abhängt dann baue ich einen möglichst zuverlässige Schaltung und nehme mir das Geld in die Hand.

00:39:41: Wenn es nur um Kommunikations-Satelliten geht Dann sag' ich vielleicht lass das Ding doch abstürzen, ich schieße neun hoch Ist billiger.

00:39:47: oder da ist auch die Abwägung natürlich

00:39:49: Wer entwickelt denn solche sehr speziellen, sauteuren Chips überhaupt.

00:39:58: Das sind Firmen die sind oft schon seit Jahrzehnten in dem Markt aktiv.

00:40:01: also es gibt da eine die mir sofort einfällt das ist die Firma Microchip.

00:40:05: Die haben irgendwann mal Atmel gekauft und deren Produkte weitergeführt denn in diesem Markt ist es ja so.

00:40:13: Es geht um ganz langfristige Sachen Um Zufallessigkeit, um vertrauenswürdige Lieferquellen Und da kaufst du nicht so sehr den einzelnen Chips, sondern du kaufste Roadmap.

00:40:25: Das ist ja ein stehender Begriff das ist bei Automotive auch so.

00:40:31: schnellen elektronisierung.

00:40:33: da gab es ja mal bei test sein berühmten ausfall von so einem ranzigen em mc flash chip für ein paar cent wo dann das ganze steuergerät tauschen tausende euro kostet.

00:40:41: oder aus deinem bereich mit den displays.

00:40:43: zum beispiel dass die qualität die bauen dann immer größere displays ein aber wenn die dann fünf jahre bei hundert grad in kalifornien gegrillt wurden im auto zeigen sie vielleicht nicht mehr so viel an.

00:40:55: also das heißt du willst her Du brauchst ja vor allem ein Anbieter, der dir sagt naja in zehn Jahren machen wir dann einen Nachfolger.

00:41:01: Der ist dann zum Beispiel im gewissen Sinne kompatibel.

00:41:03: so arbeiten diese Firmen und ST Micro Electronics hatte ich schon erwähnt das ist glaube ich der wichtigste Europäer wenn es jetzt um Logik Chips geht.

00:41:12: aber es gibt auch spezialisierte Hersteller die zB ein Packaging machen also die zum Beispiel normale Rammchips in eben spezielle robustere Gehäuse packen und sowas.

00:41:24: Die meisten kennt man eher wenig, aber zum Beispiel Intel will auch in diesem Markt.

00:41:30: Das ist so ein bisschen natürlich als Rettungsanker oder die bieten sich den USA eben auch als Trusted Fab an und wollen eben auch gezielt fürs Militär fertigen.

00:41:39: Zum Teil sind es auch Auftragsfertige.

00:41:40: Also nicht alle Chips werden wirklich in Spezialfabriken hergestellt, sondern es gibt auch normale Fabs.

00:41:46: die haben.

00:41:46: zum Beispiel also Global Frontries hat einen zwei Fabs in der sie auch Trusted machen können und machen das dann für spezialisierte FPGA.

00:41:55: Entwickler da gab's mal so eigentlich glaubt diesen Iconics Gibt sehr spezielle Firmen und es gibt doch immer noch total einfache Bau-Elemente, also diese einfachen Logikgatter gibt's zum Teil noch in Red Heart.

00:42:08: Weil man eben nicht ein Mikrocontroller einsetzt was man heute machen würde wenn es den nicht dafür gibt ja?

00:42:15: Und das werden vor allem sehr viele FPGAs eingesetzt.

00:42:17: also so reprogrammierbare Chips weil ich damit eben auch verschiedene Chips nachbilden kann.

00:42:24: Also ich nehme dann einen Chip, den ich super getestet habe.

00:42:28: Weil es ja sozusagen gar nicht so sehr auf dessen Halbleitereigenschaften ankommt sondern auch dessen Robustheit und den kann ich dann durch Code für verschiedene Anwendungsfälle anpassen muss mich aber nur mit diesem einen Chip rumplagen weil das geht ja auch.

00:42:42: die Lotverfahren sind ja zum Teil.

00:42:44: also die Lot verfahren sind hier andere Die Platinen sind zum teil andere Für diese robuste Einsätze Und da möchte ich natürlich mit möglichst wenig Chips möglich viele verschiedene Schaltungen bauen können.

00:42:55: Ja Ja, das stimmt.

00:42:58: Das ist ja der Vorteil von FPGAs, dass sich irgendwie die Funktion einfach reinschießen kann und sogar unsere Fly ändern wenn ich das unbedingt will.

00:43:05: Das wird man beim Satellitea vielleicht weniger aber...

00:43:10: In der Entwicklung noch.

00:43:11: Die

00:43:11: AI-Ausschnittstellen müssen ja vorhanden sein.

00:43:13: Die kann nicht einfach ändern.

00:43:15: Aber das sind natürlich auch diese typischen Space Anwendungen wie Sensoren, Funktechnik.

00:43:23: da werden auf der Erde relativ viele FPGRs eingesetzt.

00:43:26: Also zum Beispiel in diesen modernen Mobilfunknetzen, weil da habe ich sehr viel Datensignalverarbeitung direkt an der Antenne und da geht es ja auch oft um sehr proprietäre Spezialeigorhythmen oder spezielle Antennenanordnung die ich dann wofür es gar keine Standardchips gibt also wo es... Und einfach die Stückzahlen sind nicht so hoch.

00:43:45: Genau!

00:43:46: Deswegen nimmt man FPGR's.

00:43:47: Da sind sie wirtschaftlich und bei den Preisen, die ich vorher so angerissen habe das spielt es eh keine Rolle mehr ob das FPGR noch ein bisschen teurer war.

00:43:55: Oh Mann, oh Mann!

00:43:58: Du hast eben ganz kurz gesagt ja und dann gibt es Firmen die stellen extra nur die Gehäuse her oder so.

00:44:02: Was macht denn so ein Gehäusau von so einem Red Heart Ship?

00:44:06: Ja

00:44:07: also ich kann allen Zuhörerinnen und Zuhören nur raten.

00:44:10: Ich verlinke den glaube ich auch in den Show-Nos.

00:44:12: Den Artikel mal anzugucken Das sind ganz hübsche Gehäuse, ich will jetzt unbedingt in Nürnberg auf der Embedded World auch mal gucken das eins fotografiere.

00:44:21: Es ist immer so doof als Journalist rennste überall rum.

00:44:24: zum Teil hast du Stunden in denen du dich langweilst zwischen zwei Terminen und ein halbes Jahr später machst einen Artikel wo du sagst hätte ich das Ding doch

00:44:30: fotografiert

00:44:31: weil hochauflösendes Material ist kaum zu kriegen.

00:44:34: also die sind sehr hüBSCH.

00:44:36: und zwar sind das noch Zum Teil eben Karamikerhäuse, die fand ich die hübschsten.

00:44:40: Mit ganz langen vergoldeten Beinchen... Ich hab erst gar nicht kapiert was machen sie denn damit?

00:44:45: So und das lohnt sich da wirklich, ich konnt's erst gar nich glauben.

00:44:49: also diese Karamikahäuse gibt es halt zu liefern.

00:44:51: zum Beispiel Kyocera kennt man ja für die Laser Drucker.

00:44:55: Und Kyoceras, ich bin ja Westerwälda Da gibts viel Tonindustrie, ich habe auch in der Tonindustrie gearbeitet und da gibts noch ein Museum wo Kyocere dabei ist weil die nämlich einer der ganz führenden Anbieter für technische Karamik aus Japan ist.

00:45:10: Und deswegen haben wir hier überhaupt Laser Drucker gemacht, weil sie diese Walzen aus Karamika machen, die dann eben ewig halten sollten im Unterschied zu den Metallwalzen, die irgendwann verschleißen von den anderen.

00:45:22: und Kiosera macht auch solche Spezialmaterialien.

00:45:28: Also das ist einfach eine spezielle Keramik.

00:45:30: Das sieht natürlich ja nix aus, es sind einfach zum Beispiel so karamische Halbschalen wo du den Chip rein tust und dann kommen da lange Drähte gucken daraus.

00:45:39: also es gibt auch welche für die klassische die wir heute so kennt die also mit der ganzen flachen Unterseite aufgelötet werden also BGA Ball Gritter Ray aber hier gibt es auch ganz viele FPGRs in diesen bedrateten Gehäusen wo dann eben so zb so hundert Beinchen also twenty-fünf an jeder Seite rauskommen Und die sind extra so lang und übrigens vergoldet oder aus einem speziellen Material.

00:46:02: Da gibt es ganz komische Stanzen, da legst du sie rein und dann werden die in eine spezielle Form gebogen bevor du sie auflötest.

00:46:09: Das hat folgenden Grund, dass sich nämlich diese Beinchen, also die unterschiedliche Ausdehnung von Gehäuse- und Platine in diese Metallbeinchen wie eine Feder reingeht oder auch Schock und Vibration, damit Sie das aufnehmen können.

00:46:26: Und die Gehäuse wiederum, die Keramik.

00:46:28: Die werden hermetisch abgedichtert damit die Halbleiter gastig da drin sind.

00:46:32: Denn bei einem Kunststoffgehäuser habe ich ja immer das Problem speziell im Vakuum.

00:46:36: Also zum einen vertragen die Kunststoffe die ganz niedrigen Temperaturen nicht immer so gut Zum zweiten Gasen die auch aus Das sind ja organische Verbindungen mit wo eben Moleküle abdampfen können.

00:46:47: das kann zu Störungen führen.

00:46:49: und diese Keramika Häuse die sind sozusagen manchmal in dem Begriff innert Und die Gastichtigkeit, die erzeugt man... Ich habe es wirklich extra nachgeguckt.

00:46:58: Ich konnte zuerst nicht glauben!

00:47:00: Die werden quasi in Glas eingeschmolzen.

00:47:02: Das heißt das gibt sogenannte Lotgläser.

00:47:05: Macht zum Beispiel auch Schott.

00:47:06: Gute alte deutsche Firma sozusagen.

00:47:08: Das ist ganz gefeinvermalende Glasmischung, die bei relativ niedrigen Temperaturen schmelzen.

00:47:14: also ich sag mal ... hab' ich so gesehen, vierhundert-fünfhundert Grad?

00:47:19: Also nur ganz kurz.

00:47:21: Man pack den Chip da rein betratet diese Dinger, setzt die beiden Karamikhälften zusammen.

00:47:29: Die werden glaube ich auch verklebt und dann wird das wie eine Glasur aufgetragen dieses Glasmaterial.

00:47:36: Und dann fahren sie durch so einen kurz durch so ein Ofen und dabei schmilzt es dann und schmilzst eben auch die Übergänge von den Metall Stückchen da von der Metall-Zung Gasdicht ein.

00:47:46: darum geht Es dass das halt eine gasdichte Verbindung ist und dann ist ja Chip eben sehr gut geschützt.

00:47:52: Außerdem hat Keramik natürlich, logischerweise ein besseres Match bei dem Temperaturausdehnungskurvizienten.

00:48:00: Also das Silicium der Wafer ist ja quasi Glas wie Quarzglas und der Keramicship dehnt sich eben auch nur sehr wenig aus.

00:48:08: und ich habe ja diese großen Tamtion Spread.

00:48:10: also ich hab' ja nicht nur null bis um den Achtzig Grad sondern ich habe zum Beispiel minus vierzig bis plus hundertfünfzehn also fast die doppelte Veränderung.

00:48:20: und wenn der den ständig durchläuft, ja das kann ja sein.

00:48:23: Also früher war das so bei den Satelliten dann wahnsinnmal in der Sonne.

00:48:27: Dann strahlte die Sonne drauf, dann waren sie im Erdsch hatten, dann hatten sie minus zweihundertseidig Grad sehr unangenehm kalt.

00:48:33: Außerdem gibt es Karamiken, die dann zum Beispiel mit einem höheren, also die spezielle Materialien als Karamik nehmen, die besonders gut die Wärme leiden.

00:48:42: Das kennst du ja vor allem von der LED-Konstruktion für die Bima LEDs wo du sehr viel Leistung wegkriegen musst.

00:48:48: Wir hatten das Eingangs erwähnt, du kannst ja nicht mit Luft

00:48:51: kühlen.

00:48:52: Du kannst also letztlich nur Konduktionskühlungen machen, also Ableitungskühlung und zum Beispiel Hitpipes nehmen.

00:48:59: Also da hat man z.B.

00:49:01: den Fall wenn du ein Satelliten hast der immer gleich steht.

00:49:06: auf der Vorderseite steht zum Beispiel es kommt Sonnenlicht an und erwärmt die Vorder-Seite aber er hat seinen Hintern sag ich jetzt mal im Kalten.

00:49:13: und dann kann ich über Hitpibes die Wärme durch den Satellit zu einer sehr kalten Stelle bringen und kann da ziemlich große Wärmermengen auch wegbringen, aber es muss eben über irgendwie das Bauteil berühren.

00:49:28: Und da gibt es die wildesten Forschung sogar zu steuerbaren Heatpipes damit weil sonst würde die Heatpipe ja vielleicht einfrieren oder sowas.

00:49:34: also wo sich Heatpipes anpassen lassen.

00:49:38: Aber das Einfachste ist typischerweise dass man die Schaltung beheizt.

00:49:41: Also wenn man genug Energie von Insulation hat kann man ja das Innere des Satelliten so aufwärmen, dass ich eben nicht bei unter Minus-Fünfzig Grad bin.

00:49:51: Also nicht heizen im Sinne von Fünfzig Grat plus sondern von Ich heize den auf Minus fünfzig Grad weil da ist der Einsatzgrenze meines Halbleiters zum Beispiel.

00:49:58: Ist

00:49:58: ja schon mal ein Anfang.

00:50:02: Ja total spannend!

00:50:04: Das klingt ziemlich kompliziert alles aber es ist toll wenn man mal so eine Idee kriegt was die Leute für einen Aufwand betreiben, um so düsseligen kleinen Satelliten ins All zu schießen ist es wirklich... Wow.

00:50:17: Also Christoph vielen Dank!

00:50:19: Jetzt habe ich noch mehr Ideen dafür was man damit alles machen könnte.

00:50:24: Ja sehr gerne aber du brauchst ein tiefes Portemonnaie.

00:50:27: Das stimmt und viel Zeit bei den Lieferzeiten muss man ja dann auch nochmal

00:50:32: nehmen.

00:50:34: Also Christopher, vielen Dank und auch euch da draußen liebe Zuhörerinnen und Zuhöre.

00:50:39: Vielen Dank für euer Interesse!

00:50:40: Und wir freuen uns über euer Feedback und gern per Mail an bit-rauschen at ctde.

00:50:48: Und wenn ihr jetzt Lust auf noch mehr Podcasts von uns habt dann findet ihr unter heise.de slash

00:50:55: podcasts

00:50:56: mit sie am Ende eine schöne Auswahl.

00:50:59: Dann noch ganz zum Schluss vielen dank an unseren Producer Ralph.

00:51:04: Und jetzt sagen wir

00:51:06: Tschüss

00:51:07: und bis zur nächsten Folge von Bittrauschen.

00:51:09: Jeden zweiten Mittwoch, früh am Morgen!