KI als Lebensretter: Der (noch) antriebslose Medizin-Turbo
Hochentwickelte KI-Systeme könnten Millionen von Leben retten – doch was steht ihrem Durchbruch im Weg? Halbleiter auf Basis von Glas-Substraten könnten die Grenzen heutiger Mikrochips überwinden.
KI, Halbleiter und die Zukunft des Gesundheitswesens
- KI transformiert das Gesundheitswesen, indem sie administrative Aufgaben automatisiert, Diagnosen verbessert und Ärzten mehr Zeit für personalisierte, patientenzentrierte Betreuung gibt.
- In der Krebsmedizin kann KI riesige Datensätze analysieren, um frühere Diagnosen, präzisere Risikobewertungen und maßgeschneiderte Behandlungspläne zu ermöglichen, die die Heilungschancen verbessern.
- Halbleiterchips auf Basis von Glas-Substraten bieten eine Lösung für die Grenzen herkömmlicher Mikrochips und liefern die Rechenleistung, die das rasante Wachstum der KI unterstützt.
- Mit der Weiterentwicklung der KI werden fortschrittliche Computing-Lösungen mit Hilfe von SCHOTT Glas entscheidend sein, um Potenziale voll auszuschöpfen – und das Gesundheitswesen mit Präzision, Effizienz und lebensrettender Innovation zu revolutionieren.
Dr. Maria Knöbel ist international ausgebildete Ärztin und hat den größten Teil ihres Lebens dem Gesundheitswesen gewidmet. Nach wie vor wird sie von der Leidenschaft angetrieben, die sie einst dazu bewogen hat, diesen Beruf zu ergreifen: „Das Leben von Patientinnen und Patienten durch umfassende und persönliche Betreuung zu verbessern,“ sagt sie. „Diese Reise bedeutet mir unendlich viel.“
Für Maria zählte schon immer jeder Moment mit ihren PatientInnen. Doch je mehr sie zu tun hatte, desto stärker spürte sie eine wachsende Distanz zu ihnen – eine Distanz, die sie frustrierte. Der Grund? Routinearbeiten und Verwaltungsaufgaben, die ihr wertvolle Zeit mit den Menschen raubten, denen sie sich mit ganzer Hingabe verschrieben hatte.
Das änderte sich erst vor Kurzem, als ihre Praxis begann, künstliche Intelligenz zu nutzen. „Erst neulich war ich mitten in einer besonders hektischen Schicht und beinahe zu spät zum Termin mit einer neuen Patientin, die mit den Herausforderungen der Menopause kämpfte“, erzählt sie. „Doch weil mich die neuen KI-Tools nun bei meinen administrativen Aufgaben unterstützen, die hier und da zehn Minuten kosten, konnte ich diese Zeit mit meiner Patientin verbringen.“
Maria konnte sich intensiver mit den Sorgen der Patientin befassen, Behandlungsoptionen ausführlicher besprechen und gemeinsam einen individuellen Lebensstilplan entwickeln.
Das ist Dr. Maria Knöbel
Dr. Maria Knöbel ist die medizinische Leiterin und Mitbegründerin von Medical Cert UK mit Sitz in London, Großbritannien. Mit einer internationalen Facharztanerkennung in Lifestyle-Medizin hat die Allgemeinmedizinerin im Laufe ihrer Karriere in der Schweiz, Österreich, Südafrika und Großbritannien praktiziert.Neben ihrer Arbeit als Ärztin verfasste Dr. Knöbel wissenschaftliche Fachartikel, schrieb Medizinlehrbücher und unterrichtete an medizinischen Fakultäten. Mit besonderem Fokus auf personalisierte, zugängliche, bezahlbare und technologisch unterstützte Medizin, engagiert sie sich für die Zukunft des Gesundheitswesens.
„Sie ging mit mehr Wissen und weniger Angst nach Hause – und dieser bedeutungsvolle Austausch hinterließ bei mir ein Gefühl der Dankbarkeit“, sagt Maria. „Es ist faszinierend, wie eine kleine Zeitersparnis durch KI die Patientenversorgung erheblich verbessern und die Beziehung zwischen Arzt und Patient stärken kann.“
Wenn schon wenige Minuten einen Unterschied machen, dann steckt die Entwicklung der KI erst am Anfang. Über die bloße Optimierung administrativer Aufgaben hinaus hat KI das Potenzial, das Gesundheitswesen grundlegend zu verändern: von der Diagnose bis zur Behandlung. Doch um dieses Potenzial voll auszuschöpfen, sind immer leistungsstärkere Computersysteme erforderlich.
Da KI immer mehr Rechenleistung benötigt, könnten Glassubstrate der Schlüssel zur nächsten Entwicklungsstufe der KI sein – insbesondere im Gesundheitswesen, wo die Verarbeitung riesiger Datenmengen entscheidend für eine personalisierte Behandlung ist.
Konventionelle Systeme transformieren
Ein Glas-basierter Halbleiterchip ermöglicht hochdichte Interkonnektoren und heterogenes Packaging.
Die heutige Nutzung von KI im Gesundheitswesen baut auf traditionellen Systemen auf und bringt Effizienz und Präzision auf ein Niveau, das früher undenkbar war.
Neben der Erledigung administrativer Aufgaben hat KI auch in der Diagnostik große Fortschritte gemacht. „Ich war bereits in Situationen, in denen KI-Tools subtile Details in medizinischen Scans erkannten, die mir möglicherweise entgangen wären“, berichtet Maria. Diese Hinweise, die genauere Diagnosen und frühzeitigere Behandlungen ermöglichen, können lebensverändernd sein.
Besonders deutlich wird dies in der Krebsmedizin. Adam Yala, Assistenzprofessor an der UC Berkeley und UC San Francisco, konzentriert sich auf die Entwicklung von Machine-Learning-Methoden zur Personalisierung von Krebstherapien. „Je länger ich in der Krebsforschung arbeitete, desto mehr wurde mir bewusst, wie groß der ungedeckte Bedarf ist“, erklärt Adam. „Selbst an führenden Krebszentren bleiben grundlegende Fragen unbeantwortet, beispielsweise ‚Wie viele Patienten mit einer bestimmten Krebsart haben auf ein bestimmtes Medikament angesprochen?‘“
Bio von Dr. Adam Yala
Dr. Adam Yala ist Assistenzprofessor für Computational Precision Health sowie Elektro- und Computertechnik an der UC Berkeley und UC San Francisco. Seine Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung von maschinellen Lernmethoden für die Präzisionsmedizin und deren Anwendung in der klinischen Versorgung.
Die von Dr. Yala entwickelten Werkzeuge werden bereits in mehreren Gesundheitssystemen weltweit eingesetzt, und seine Forschung wurde unter anderem in der Washington Post, der New York Times, dem Boston Globe und WIRED vorgestellt. Er promovierte in Informatik am MIT und war anschließend Mitglied der Jameel Clinic sowie des Computer Science & Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) am MIT.
Noch frustrierender sei, fügt er hinzu, dass „viele der klinischen Instrumente, die wir zur Erstellung nationaler Leitlinien verwenden – wie Modelle zur Krebsrisikobewertung – erschreckend ungenau sind.“
Hier sieht Adam mit seinem Team das größte Potenzial für KI. „Die Onkologie ist eines der datenreichsten Felder der Medizin. Es werden routinemäßig Gigabytes an Daten im Patientenumfeld erfasst. Doch unsere klinischen Protokolle stützen sich nur auf wenige Bits dieser Informationen“, erklärt er. „KI könnte diesen riesigen Datenschatz nutzen, um Behandlungen gezielter anzupassen. Das würde es uns ermöglichen, Krebs systematisch früher zu erkennen, diagnostische Wege zu verbessern und Therapieansätze zu optimieren.“
Doch die gewaltige Menge an Daten, die KI in der Medizin schnellstmöglich verarbeiten muss – „mehrere Gigabyte pro Patient“, so Adam – sprengt die Kapazitäten herkömmlicher Computerchips. KI-Systeme sind nur so leistungsfähig wie die Hardware, auf der sie laufen – und das Design von modernen Chips stößt an physikalische Grenzen.
„Rechenleistung ist eine wesentliche Hürde, wenn es darum geht, das volle Potenzial unserer Daten auszuschöpfen“, sagt Adam. Sein Team verbringt daher viel Zeit damit, neue Algorithmen zu entwickeln, um mit der begrenzten Rechenleistung effizienter zu arbeiten – „das Maximum herauszuholen“ – doch auch das hat Grenzen.
Seit Jahrzehnten waren Leistungssteigerungen bei Computerchips durch Siliziumtechnologie der Standard. Sie haben uns bis hierher gebracht und KI überhaupt erst ermöglicht. Doch wenn KI weiterwachsen und ihr volles Potenzial entfalten soll, braucht es einen technologischen Wandel.
Der Energiebedarf von KI
Die rasante Entwicklung der KI führt zu einem exponentiellen Anstieg des Energieverbrauchs, da die heutigen Mikrochips nicht über die Rechenleistung verfügen, um die Anforderungen effizient zu bewältigen. Da KI beinahe überall integriert wird, von Smartphones bis hin zu großen Unternehmenssystemen, beschleunigt sich dieser Trend in einem noch nie dagewesenen Tempo. Der Energiebedarf für das Training und den Betrieb von KI-Modellen steigt rapide an, was Bedenken hinsichtlich der Nachhaltigkeit und der langfristigen Umweltauswirkungen aufwirft.
Der Übergang zu leistungsfähigeren und energieeffizienteren Halbleiter-Packages auf Basis von Spezialglas kann den Energieverbrauch von KI erheblich senken. Dieser Ansatz bietet eine Möglichkeit, KI nachhaltiger zu gestalten, ohne ihr Wachstum und Potenzial zu beeinträchtigen.
Den Weg in die Zukunft ebnen
Mit dem Fortschritt der KI stoßen Mikrochips an ihre Grenzen: Steigende Anforderungen an Rechenleistung, Energieverbrauch, Miniaturisierung und strukturelle Stabilität stellen große Herausforderungen dar. Insbesondere, da Hersteller immer mehr Transistoren auf immer kleineren Geräten unterbringen wollen. Um diese Hürden zu überwinden, setzt die Industrie nun auf ein neues Material: Glas.
Glassubstrate sind für die nächste Generation der Halbleitertechnologie ideal. Sie bieten eine extrem glatte, gleichmäßige Oberfläche – ein Vorteil sowohl in der Verarbeitung als auch im Produktdesign – und weisen gegenüber organischen Materialien eine überlegene thermische sowie mechanische Stabilität auf. Das ermöglicht nicht nur leistungsfähigere Chip-Designs, sondern sorgt auch dafür, dass die Chips höheren Temperaturen und mechanischer Belastung standhalten.
Darüber hinaus erlauben Glassubstrate eine deutlich höhere Interconnect-Dichte – ein entscheidender Faktor für datenintensive KI-Anwendungen, die eine Vielzahl von Prozessorverbindungen erfordern. Durch die Reduzierung von Verzerrungen und Instabilitäten erleichtert Glas die präzise Fertigung hochkomplexer Chip-Architekturen und wird damit den stetig wachsenden Anforderungen moderner KI gerecht.
Das ist Christian Leirer
Als Physiker und Branchenexperte mit über 15 Jahren Erfahrung in der Halbleiterindustrie setzt sich Dr. Christian Leirer leidenschaftlich dafür ein, die Leistungsfähigkeit von Halbleitern durch innovative Glaslösungen zu erweitern.
Als Leiter des Bereichs Semicon Glass Solutions bei SCHOTT führt er ein engagiertes Team, das die hochwertigen Produkte von SCHOTT für die Halbleiterindustrie weiterentwickelt. Christian ist überzeugt davon, dass erstklassige Glaslösungen ein entscheidender Treiber der digitalen Transformation im Zeitalter der KI sind.
Mit jahrzehntelanger Expertise in der Materialwissenschaft und fortschrittlicher Halbleiterverpackung hat SCHOTT kürzlich eine spezialisierte Abteilung gegründet, die sich maßgeschneiderten Lösungen, höchster Leistung und einer verlässlichen Versorgung für die Halbleiterindustrie verschrieben hat. Geleitet wird die Halbleitersparte von Dr. Christian Leirer, einem Branchenexperten mit über 15 Jahren Erfahrung. „In den letzten zehn Jahren haben die Spezialgläser von SCHOTT eine Schlüsselrolle in den Herstellungsprozessen für fortschrittliche Packaging-Technologien gespielt“, erklärt er. „Jahrelange Forschung und enge Zusammenarbeit mit führenden Industriepartnern haben uns darauf vorbereitet, die Herausforderungen der nächsten Technologiegeneration zu meistern.“
Computerchips lieben Spezialglas - schon heute
Neben seinen jüngsten Innovationen im Bereich der Halbleiterindustrie, liefert SCHOTT seit Jahrzehnten maßgeschneiderten Glassubstrate und Spezialglaslösungen, die für die kritische Infrastruktur der Branche unerlässlich sind.
Das nahezu ausdehnungsfreie Material ZERODUR® ist beispielsweise eine Schlüsselkomponente führender Lithografiemaschinen weltweit – dort, wo Siliziumwafer und Belichtungsmasken mit absoluter Präzision positioniert werden müssen, um feinste Strukturen für hochleistungsfähige Mikrochips herzustellen. Während des gesamten Prozesses sorgen SCHOTT Produkte, darunter flexible Lichtleiter, dafür, dass höchste Präzision gewährleistet ist. Da diese Maschinen in allen Chipfabriken und IDM-Unternehmen weltweit eingesetzt werden, kommt nahezu jeder Computerchip auf der Welt mit Spezialglas von SCHOTT in Berührung.
Ein Beispiel dafür ist ein neu entwickeltes verlustarmes Glas, das laut Christian einen „Durchbruch für Hochfrequenzanwendungen wie Halbleiter“ darstellt. „Es reduziert Signalverluste und verbessert die Energieeffizienz“, erklärt er. „Damit können Hersteller die Leistung von Halbleitern weiter steigern und Chips produzieren, die schneller, zuverlässiger und leistungsfähiger sind – genau das, was Zukunftstechnologien wie 6G und KI erfordern.“
Glasbasierte Chips, die eine bis zu 40 % bessere Leistung bei geringerem Energieverbrauch bieten als herkömmliche Materialien, könnten auch für die Krebsforschung von Forschenden wie Adam bahnbrechend sein – insbesondere dort, wo die Größe und Komplexität der Datensätze enorme Rechenressourcen erfordert.
„Die Onkologie gehört zu den datenreichsten Bereichen der Medizin – mit Gigabytes an Informationen, die routinemäßig bei der Patientenversorgung erfasst werden“, sagt Adam. „KI ist ganz klar die Lösung, um Erkenntnisse aus diesen Daten zu gewinnen. Aber die heutigen Methoden reichen nicht aus.“ Die erweiterten Verarbeitungskapazitäten, die Glassubstrate ermöglichen, könnten es Adam und anderen Forschern erleichtern, diese Daten effizienter zu analysieren – und so frühzeitigere Diagnosen sowie individuellere Behandlungspläne zu entwickeln.
Innovation macht den Unterschied
Da Geräte immer kleiner und kompakter werden, ermöglicht Glas ein effektives Packaging für effiziente und leistungsstarke Halbleiterchips.
KI hat das Gesundheitswesen schon heute grundlegend verändert. Doch wir nähern uns rasant einem Punkt, an dem die zugrunde liegende Hardware mit der Entwicklung nicht mehr Schritt halten kann. Die Grenzen von Silizium- und organischen Chips, auf die wir seit Jahrzehnten angewiesen sind, drohen den Fortschritt zu verlangsamen. Gerade jetzt, da KI beginnt, das Potenzial zur Verbesserung der menschlichen Gesundheit voll zu entfalten.
Während sich KI weiterentwickelt, könnte die Leistungsfähigkeit von Glas den Weg in eine neue Ära der Präzision und Effektivität im Gesundheitswesen ebnen, und letztlich das Schicksal von Patientinnen und Patienten verändern, die heute noch mit als unheilbar geltenden Diagnosen konfrontiert sind.
„Derzeit wird etwa ein Drittel der auf Mammographien entdeckten Krebserkrankungen erst in einem relativ fortgeschrittenen Stadium diagnostiziert, was die Heilungschancen verschlechtert und zu belastenderen Behandlungen führt“, erklärt Adam. „Wenn voll leistungsfähige KI-Modelle Hochrisikopatienten früher identifizieren könnten, wäre es möglich, rechtzeitig einzugreifen und zu späte Diagnosen zu vermeiden.“
Zurück auf der Krankenhausstation konzentriert sich Maria weiterhin auf die einzelnen Patientinnen und Patienten, die an diesem Tag auf sie warten. Sie hat bereits erlebt, wie selbst wenige Minuten Zeitersparnis durch KI spürbare, positive Auswirkungen auf die Arzt-Patient-Beziehung haben.
„Es ist immer die Kombination aus menschlicher Erfahrung und fortschrittlicher Technologie, die das Gesundheitswesen voranbringt", erklärt sie. „Ich glaube nicht, dass KI Ärztinnen und Ärzte ersetzen wird. Aber sie wird zu einem wertvollen Werkzeug, das uns hilft, schneller, präziser und individueller zu beraten und zu diagnostizieren.“
Anders ausgedrückt: „Eine vollständig entwickelte KI wird es uns ermöglichen, Menschen die Zeit und Aufmerksamkeit zu schenken, die sie verdienen”, sagt Maria abschließend. „Und genau darum geht es im Gesundheitswesen am Ende des Tages.”
