De Olympische Spelen vormen een graadmeter voor de sportprestaties per land. Maar wat weinig mensen weten, is dat er in de wereld van geïntegreerde schakelingen (chips) en slimme sensoren ook zo’n sportief meetmoment bestaat. Namelijk: de ISSCC. Voluit: de International Solid-State Circuits Conference. Het zijn de Olympische Spelen voor chipontwerpers, en die kent een geheel eigen medaillespiegel. Een klassement waarin de TU Delft tot de absolute top behoort.
Kofi Makinwa, professor aan de TU Delft, legt het als volgt uit: ‘Het aantal papers dat – voorafgaand aan de conferentie – geaccepteerd wordt, bepaalt voor een groot deel de mate van succes. Maar ook het aantal gastsprekers dat je als universiteit levert. Bij elkaar opgeteld staat de TU-teller voor 2021 op vijftien.’ Een prestatie die aantoont dat Delft in de hogere regionen van de chipwereld bivakkeert.
Beeldsensoren
Eén van de opvallendste bijdragen is misschien wel die van Albert Theuwissen. Met zijn keynote speech werpt hij een blik op de toekomst van beeldsensoren. Voor de niet-technici onder ons: in bijna alle fotocamera’s en mobiele telefoons vind je een beeldsensor. De kwaliteit ervan bepaalt hoe goed je afbeeldingen eruit zien en hoe sterk je ze kunt vergroten. Albert: ‘De CMOS-beeldsensoren die in de huidige mobiele telefoontjes gebruikt worden, naderen de perfectie. Dit betekent echter niet dat verdere ontwikkelingen in het veld niet meer nodig zijn. Integendeel, nieuwe technologieën en nieuwe materialen openen nieuwe dimensies en nieuwe toepassingen die de klassieke beeldfunctionaliteit van de sensoren alleen maar aanvullen en verbeteren. Deze trend zal het landschap van de beeldsensor uiteindelijk omzetten van beeldvorming naar smart vision.’
Snellere computers, slimmere telefoons – je kunt het zo gek niet bedenken of Kofi Makinwa heeft er wel iets mee te maken. Luister hier de podcastaflevering die onlangs met hem gemaakt werd.
Precision amplifiers
Maar ook op het gebied van analoge elektronica gooit de TU Delft dit jaar hoge ogen. Van de twaalf papers over dit onderwerp zijn er zeven van Delftse makelij. Makinwa: ‘Als een digitaal elektronisch apparaat moet communiceren met de echte wereld, heeft het altijd een analoge interface nodig. Een versterker is een voorbeeld van zo’n analoge schakeling. Een versterker pakt een klein signaal op en zet het vervolgens om in iets dat krachtig genoeg is om bijvoorbeeld boxen aan te sturen.’
Eén van de Delftenaren die in dit onderwerp gespecialiseerd is, is Qinwen Fan. Zij doet al jaren onderzoek naar precision amplifiers. Dat zijn versterkers die in staat zijn om hele kleine signalen nauwkeurig te verwerken. Tijdens de ISSCC zal Fan vertellen hoe precision amplifiers zich de afgelopen decennia hebben ontwikkeld. Fan: ‘Ook zal ik enkele toepassingen toelichten, denk aan het meten van batterijstroom of het versterken van biomedische signalen – bijvoorbeeld van het hart. Tot slot schets ik, mede op basis van de vele Delftse publicaties die de laatste jaren zijn verschenen, de ontwikkelingstrends. Wat is geweest? En wat kunnen we verwachten?’
Wireless
Het team van Leo de Vreede werkt aan de nieuwe generatie draadloze telecommunicatie. Eén van de doelstellingen die daarbij nagejaagd wordt, is het omlaag krijgen van het energieverbruik. Want hoe hoger de frequentie, datasnelheid en dekkingsgraad van een (5G) netwerk, hoe meer energie er verbruikt wordt. Met Morteza Alavi – assistent professor Electronic Circuits and Architectures – wordt er gewerkt aan een revolutionair en digitaal zenderconcept dat dit energieverbruik drastisch omlaag kan brengen. Een mooi voorbeeld hiervan is de paper van Mohammad Reza Beikmirza. In zijn paper laat Mohammad zien dat het, met deze geheel nieuwe aanpak, mogelijk is om met een enkele geïntegreerde schakeling aan de strenge 5G-eisen te kunnen voldoen. Zelfs in het geval van een aanzienlijk lager stroomverbruik. De Vreede: ‘Wat we óók merken, is dat er steeds meer behoefte is aan ontvangers die op een flexibele manier verschillende frequenties kunnen ontvangen zonder last te hebben van allerlei andere signalen die binnenkomen via de antenne.’ Masoud Babaie en Mohammad Ali hebben voor dit doel een verstembare ontvanger ontwikkeld die zelf alle rommel weg filtert, en daardoor niet langer externe filters nodig heeft om deze stoorsignalen af te vangen.
Qubits
En dan is er nog het vooruitstrevende werk van Fabio Sebastiano en (weer) Masoud Babaie. Samen proberen zij te doorgronden hoe een quantumcomputer – een krachtige computer die informatie op een geheel nieuwe manier verwerkt – het beste gebouwd en gebruikt kan worden. De verwachting is dat zo’n quantumcomputer, op termijn, de deuren opent naar allerlei radicale toepassingen. Zo kun je straks veel sneller nagaan hoe medicijnen het beste werken. Om een quantumcomputer goed te laten werken, moeten qubits gekoeld worden bij cryogene temperaturen, tot 4 graden boven nul. Goed om te weten: quantum bits – ook wel qubits genoemd – zijn de bouwstenen van een quantumcomputer. Ze vervullen een rol die enigszins te vergelijken is met die van bits in een gewone computer. Op dit moment gebeurt het koelen van die qubits enkel nog op kamertemperatuur.
Volgens Sebastiano en Babaie kan deze thermische kloof eenvoudig gedicht worden met een paar draden. Dit is goed te doen voor het kleine aantal qubits dat nu in gebruik is, maar onpraktisch voor de miljoenen qubits die nodig zijn voor de toekomstige quantumcomputer. Tijdens de vorige editie van de ISSCC liet Sebastiano zien dat een CMOS-geïntegreerd circuit qubits kan aansturen, zelfs bij -270 graden Celsius. ‘Maar,’ legt Sebastiano uit. ‘Het besturen van qubits is slechts het begin. Uiteindelijk wil je die qubits ook kunnen uitlezen. Tijdens deze editie van de ISSCC laten we onder meer zien dat ook de uitleescircuits kunnen functioneren bij cryogene temperaturen.’
Razendsnel berekeningen doen, zodat je nog beter nieuwe medicijnen kan ontwikkelen. Dat is in de toekomst onder meer mogelijk met een quantumcomputer. Het is de droom van Fabio Sebastiano. Lees in dit artikel meer over die droom.
Trots
Waar de TU Delft, tijdens deze editie van de ISSCC, het meest trots op mag zijn? Makinwa: ‘Op de succesvolle combinatie van de oude garde en jonge talent. Albert Theuwissen draait bijvoorbeeld al jaren mee, terwijl Bishnu Patra en Bagas Prabowo nog bezig zijn met hun promotieonderzoek. In deze match tussen jong en oud schuilt een enorme kracht. De conferentie vindt overigens volledig digitaal plaats, en duurt van 13 tot en met 22 februari. Normaal gesproken bezoek je, tijdens zo’n week, verschillende paperpresentaties. Nu lees je de papers van tevoren en stel je, via internet, de lastige vragen.’
Meer informatie
Alle geaccepteerde papers, die tijdens de ISSCC de revue passeren, zijn terug te vinden via deze link.
Contact
Dave Boomkens
Communicatieadviseur faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica,
+31 6 40 28 75 77
d.j.boomkens@tudelft.nl