Das schweizerische Ingenieur- und Technologieunternehmen Lightium hat die Auftragsfertigung von dünnschichtigen Lithiumniobat-Photonic-Chips im Serienproduktionsmaßstab entwickelt und ermöglicht somit die massenhafte Produktion von Photonic-Chips | Top 100 Schweizer Innovatoren

Quelle: EE Times

Das Schweizer Ingenieur- und Technologieunternehmen Lightium wurde 2023 gegründet. Das Unternehmen setzt sich dafür ein, Massenproduktionsdienstleistungen für Dünnschicht-Lithiumniobat-Photonen-Chips anzubieten. Dank eines proprietären Herstellungsprozesses, der die Massenproduktion ermöglicht, bietet es seinen Kunden die Fähigkeit, von der Prototypenherstellung bis zur Massenproduktion schnell zu liefern und die nächste Generation von Photonen-Chips zu entwickeln.

Lightium wurde von Amir Ghadimi, Frédéric Loizeau und Dirk Englund gemeinsam gegründet. Amir Ghadimi ist der Chefexecutiv der Firma und hat einen Doktorgrad in Elektrotechnik und Elektronik von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich. Er war zuvor ein hochspezialisierter Experte für PIC am Schweizerischen Zentrum für Elektronik und Mikrotechnik. Frédéric Loizeau ist der Chief Revenue Officer der Firma und hat einen Doktorgrad in Mikrosystemen von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich. Er war zuvor Geschäfts- und Technologieregierungsmanager am Schweizerischen Zentrum für Elektronik und Mikrotechnik. Dirk Englund ist derzeit Professor für Elektrotechnik und Informatik an der Massachusetts Institute of Technology.

Quelle: Lightium

Der rasante Fortschritt von Künstlicher Intelligenz und Produkten wie ChatGPT hat zu einem exponentiellen Anstieg der Datenmenge und einem beispiellosen Anstieg des Energieverbrauchs geführt. Bis 2030 wird die Datenverarbeitungsleistung von Rechenzentren um das 100-fache steigen, und der Stromverbrauch wird 10 % des globalen Stromverbrauchs ausmachen. Rechenzentren bestehen hauptsächlich aus Clustern von großen Zentralprozessoren (CPU) und Grafikprozessoren (GPU), die zur Beschleunigung rechenintensiver Aufgaben eingesetzt werden und Daten zwischen diesen Prozessoren mit hoher Geschwindigkeit über optische Verbindungen übertragen. Obwohl Branchenriesen wie Nvidia beachtliche Fortschritte bei der Verbesserung der GPU-Leistung erzielt haben, gibt es immer noch entscheidende Lücken bei der Datenübertragungsgeschwindigkeit und der Energieeffizienz von optischen Verbindungen. Die derzeit weit verbreiteten Halbleiter-basierten Verbindungstechnologien stoßen bei Geschwindigkeiten über 800 Gb/s auf enorme technische Herausforderungen und haben die physikalischen Grenzen der Materialeigenschaften erreicht, sodass sie nicht in der Lage sind, die Geschwindigkeit zu liefern, die für die Bewältigung des exponentiellen Datenwachstums erforderlich ist.

Da Siliziummaterialien die Anforderungen nicht erfüllen können, besteht ein hoher Bedarf an alternativen Materialien mit hervorragenden elektrooptischen Eigenschaften. Diese Materialien müssen nicht nur strengen Leistungsstandards entsprechen, sondern auch die rauen Umgebungen in Rechenzentren standhalten können. Dünnschicht-Lithiumniobat ist ein Material, das diesen Anforderungen entspricht, aber es ist auch eines der schwierigsten Materialien, zu verarbeiten. Bislang war es auf die Prototypenherstellung in Reinräumen von Hochschulen und Forschungsinstituten beschränkt.

Quelle: Lightium

Basierend auf seinem proprietären Herstellungsprozess für die Massenproduktion kann Lightium kommerzielle Massenproduktionsdienstleistungen für Dünnschicht-Lithiumniobat-Chips anbieten, um die Anforderungen an schnelle und energieeffiziente Datenverbindungen in Branchen wie Rechenzentren und Telekommunikation zu erfüllen.

Dünnschicht-Lithiumniobat ist ein glasähnliches Material, das die Übertragungsgeschwindigkeit erheblich erhöhen und den Stromverbrauch senken kann. Die Eigenschaften dieses Materials sind ähnlich denen von Glas, klar definiert und stabil, und es gibt keine Kompatibilitätsprobleme. Es hat auch die gleichen Eigenschaften wie Glas bei der Verkapselung, Verbindung und Integration. Kunden können es problemlos in ihre bestehenden Produktionslinien integrieren, ohne diese umbauen zu müssen. Dünnschicht-Lithiumniobat kann Datenübertragungsgeschwindigkeiten von 1,6 Tb und 3,2 Tb/s bieten und gleichzeitig die Umweltauswirkungen und die Kosten senken. Im Vergleich zu massiven Lithiumniobat benötigt Dünnschicht-Lithiumniobat weniger Lithiumrohstoffe.

Lightium hat einen proprietären Massenproduktionsprozess für Dünnschicht-Lithiumniobat entwickelt und ist das erste europäische Produktionswerk für Dünnschicht-Lithiumniobat. Sein Geschäftsmodell basiert auf fabless-Dienstleistungen. Ein Waferfab ist die physische Einrichtung für die Chipherstellung, einschließlich Reinräumen, Maschinen, Technikern und Materialien. Neben dem Waferfab sind für die Chipherstellung auch Designwerkzeuge, Modulbau und Prozessvalidierung erforderlich, das heißt die Dienstleistungen eines Subunternehmers. Einige traditionelle Waferfabriken in Europa und den USA hatten bereits vor 20 Jahren die Fähigkeit, CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)-Chips herzustellen. Obwohl ihre Auflösung nicht auf dem neuesten Stand ist, können sie die Chipherstellungsanforderungen im Photonenbereich vollständig erfüllen. Lightium kooperiert mit mehreren dieser Waferfabriken und nutzt ihre bestehende Infrastruktur, um seinen eigenen Produktionsprozess auszuführen. Dadurch werden die hohen Kapitalausgaben und die langen Lieferzeiten vermieden, die bei der Neugründung eines Waferfabs erforderlich wären, und die Markteinführungszeit und das Industrialisierungsrisiko für die Kunden werden verringert.

Lightium verfügt über eine starke Subunternehmerfähigkeit und kann die Anforderungen von der Prototypenvalidierung bis zur Massenproduktion unterstützen. Lightium ist auf die Massenproduktion ausgerichtet und kann 200-mm-Wafer in einer Waferfabrikenumgebung mit hoher Kapazität herstellen. Die Lichtgeschwindigkeitsmodulationsbandbreite des von ihm hergestellten Dünnschicht-Lithiumniobats beträgt mehr als 100 GHz, und es kann in einer Niederspannungsumgebung von Vπ ≤ 1 V stabil arbeiten. Es kann ein breites Transparenzfenster von 350–5.500 nm abdecken und hat eine größere zweite und dritte Nichtlinearität. Darüber hinaus verfügt Lightium über ein umfassendes Prozessdesignpaket (PDK), das vier Bandbreitenoptionen im C-Band, O-Band, 780 nm und 830 nm bietet.

Derzeit sind die Telekommunikation und die Kommunikation in Rechenzentren die Hauptanwendungsbereiche von Lightium, da diese Branchen eine höhere Bandbreite und einen geringeren Stromverbrauch benötigen und die entsprechenden Anforderungen ständig steigen. In Zukunft wird Lightium seine Anwendungsbereiche allmählich auf Branchen wie Satellitenkommunikation, Quantencomputing, neue optische Rechenarchitekturen und Lidar ausweiten.

Im September 2024 absolvierte Lightium eine Seed-Finanzierung von 7 Millionen US-Dollar. Diese Runde wurde von Vsquared Ventures und Lakestar geleitet. Die Mittel werden zur Beschleunigung des Kommerzialisierungsprozesses der Dünnschicht-Lithiumniobat-Subunternehmerdienstleistungen des Unternehmens verwendet.

Lightium ist ein auf der Liste der „TOP100 Schweizer Startups“ 2025 aufgeführtes Unternehmen. Die „TOP100 Schweizer Startups“ listet die besten schweizerischen Startups und Wachstumsunternehmen auf und ist die international einflussreichste Leitliste im schweizerischen Technologie- und Innovationsbereich. Seit 2011 werden jedes Jahr 100 der innovativsten und marktfähigsten Schweizer Startups und 25 Schweizer Wachstumsunternehmen mit Unicorn-Potenzial auf nationaler Ebene ausgewählt, die die Bereiche Lebenswissenschaften, Maschinenbau, Robotik, Informationstechnologie und Kommunikation, nachhaltige Technologien, Lebensmitteltechnologie usw. abdecken. Die „TOP100 Schweizer Startups“ und die dazugehörigen Veranstaltungen sind das Markenzeichen des schweizerischen Innovationsökosystems und repräsentieren die Spitze der Schweizer Innovation und die internationale Investitionsfront.

Die chinesische Version der „TOP100 Schweizer Startups“ 2025 wurde ehrenhaft von Insight Tech herausgegeben. Insight Tech ist der chinesische Lizenznehmer der „TOP100 Schweizer Startups“ und ist für die Vermarktung der Liste in China und die Unterstützung bei der kommerziellen Zusammenarbeit der Listeprojekte mit China verantwortlich. Insight Tech ist ein Dienstleister für die industrielle Innovationszusammenarbeit zwischen Europa (Schweiz) und China und setzt sich mit Hilfe von Innovationsbeschleunigern, Beteiligungsinvestitionen und Unternehmensberatung für die Sinifizierung der Schweizer Innovation und die Internationalisierung der chinesischen Industrie ein.

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