Von der Idee zum Microchip

Interaktives / Kopiervorlage

Mikrochips sind in fast allen elektronischen Geräten zu finden, doch wie kommt man von der Idee zum Chip? Diese Reihe beleuchtet das Umsetzen einer Idee durch das Chip-Design auf einem FPGA und den Prozess des Testens, bevor die sehr teure Chipproduktion beginnt. Zum Abschluss wird noch ein Blick in die Zukunft der Elektronik geworfen.

Informatik / Wirtschaftsinformatik / Computer, Internet & Co. / Physik / Astronomie / Technik / Sache & Technik
Sekundarstufe I, Sekundarstufe II
Interaktives Quiz

Beschreibung

Unser Alltag ist von elektronischen Geräten geprägt. Fast alle enthalten heutzutage Mikrochips. Dies können Mikrocontroller, firmeneigene Chips oder Komponenten zur Verbindung der analogen mit der digitalen Welt sein. Doch wie entwickelt man überhaupt einen neuen Chip und wie kann man diese Entwicklung vor der Produktion testen?

Eine Möglichkeit dazu sind Field Programmable Gate Arrays (FPGA) und die Hardwarebeschreibungssprache VHDL. Dass man Chips quasi "programmieren" und sich das Ergebnis dann anschauen kann, dies ist Thema dieser Unterrichtsreihe. Zum Schluss wird noch ein Ausblick in die Zukunft und ein Einblick in die Entwicklungslabore gewagt, wo die scheinbar ferne Zukunft teilweise schon Realität geworden ist.

Außerdem können die Lernenden mithilfe der folgenden interaktiven Übung ihr Wissen über das FPGA testen.

Interaktive Übung

Didaktisch-methodischer Kommentar

Chipdesign und Hardwarebeschreibung sind wichtige Themen für die Entwicklung unserer digitalen Welt. Was sich dahinter verbirgt und wie Ingenieure heutzutage arbeiten, dies soll schülergerecht vermittelt werden.

Vorkenntnisse zu Logikgattern und deren Verknüpfungen sind hilfreich. Die Arbeitsblätter können im Unterricht auch einzeln und in beliebiger Reihenfolge eingesetzt werden. Die Themen sind an der Alltagswelt der Schülerinnen und Schüler orientiert. Die Neugierde, wie man von der Idee zur Produktion von Mikrochips kommt, die in vielen unserer elektronischen Geräte verbaut sind, lässt sich leicht wecken. Die interaktiven Übungen fragen das erworbene Wissen in spielerischer Weise ab. Besonders interessierte Schülerinnen und Schüler können die weiterführenden Links nutzen.

Die Lehrkräfte benötigen keine weitreichende Vorbereitung. Die Themen lassen sich mit den Arbeitsblättern auch selbst erarbeiten. Für die interaktiven Übungen wird ein Internetzugang und ein Internetbrowser benötigt. Die Arbeitsblätter selbst können sowohl digital als auch in Papierform im Unterricht eingesetzt werden.

Unterrichtsmaterial "Von der Idee zum Microchip" zum Download (PDF)

Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

durchdringen die Schritte von der Idee bis zum fertigen Chip.
kennen das FPGA als Instrument zum Chipentwurf.
kennen die grundlegenden Bestandteile eines FPGAs.
berechnen den Strombedarf eines MOSFETs.
bekommen einen Einblick in die Zukunft der Technik.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

recherchieren sinnvolle Quellen im Internet.
werten verschiedene Quellen aus.
verstehen technische Grafiken.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

hinterfragen wirtschaftliche Aspekte der "neuen digitalen Welt".
setzen sich mit der Globalisierung auseinander.
entwerfen gemeinsam ein einfaches Chipdesign auf der Grundlage von LUTs.
reflektieren den Gebrauch von Internetangeboten hinsichtlich des Energiebedarfs und des CO₂-Fußabdrucks.
diskutieren über Chancen und Gefahren der neuen Technologien.