Dankzij hun ontwerpen is de accu van een mobieltje niet binnen de kortste keren leeg, is het signaal beter en kan er méér data mobiel getransporteerd worden tegen een lagere prijs. De groep Integrated Circuit Design van prof. Bram Nauta (Universiteit Twente, instituut CTIT) bedenkt oplossingen die tot de wereldstandaard zijn gaan behoren in mobiel internet en mobiele telefonie. De groep hoort, volgens de jongste onderzoeksvisitatie, dan ook tot de top vijf van de wereld op dit gebied, en is de enige groep in Nederland die de maximale score haalt.
De consument is gewend geraakt aan een mobiel apparaat dat, bij elke nieuwe versie, méér kan, waarvan tegelijk de accu langer meegaat en waarvan de kostprijs zo mogelijk lager ligt. “Het lijkt of dat vanzelf gaat, maar dat is natuurlijk niet zo”, aldus prof.dr.ir. Bram Nauta. “In de huidige generatie apparaten zitten schakelingen die wij vijf tot tien jaar geleden uitvonden. Het is hard werken om bij de koplopers te blijven horen. Wij zijn geen productontwikkelaars, wij bedenken deeloplossingen die van grote invloed zijn op de werking van nieuwe devices. Daar komt ook fundamentele wetenschap bij kijken. En heel veel rekenwerk.”
Spookrijden in de ether
Het nieuwste project wordt in Europees verband uitgevoerd en heet DUPLO. Het gaat over het beter benutten van de schaarse en dure frequenties voor mobiele telefonie. Nu is het nog zo dat als je iemand belt, jij via een andere frequentie spreekt dan degene die je belt. “Waarom zouden we niet op dezelfde frequentie kunnen zenden en ontvangen, gaan spookrijden? De software van de telefoon rekent wel uit wanneer er ruimte is.”
De huidige smartphone moet heel veel frequentiebanden aan kunnen, van GSM tot WiFi en Bluetooth: kan dat allemaal met één ontvanger en ook met één slim filter dat net dat zwakke signaal eruit pikt dat jij wilt ontvangen, maar dat toevallig pal naast een sterk signaal zit? Ook aan zo’n filter werken de chipontwerpers.
Ongeloof
Een voorbeeld waarmee Nauta’s groep echt school heeft gemaakt is ‘noise cancelling’. Een smartphone heeft een radio die de internet- en telefoniesignalen uitzendt en ontvangt. Als je er, bij binnenkomst van het signaal, erin slaagt het ruisniveau te reduceren, heb je niet alleen een betere ontvangst, maar bespaar je ook energie. Tien jaar geleden kwam Nauta’s groep met een verbluffend simpele oplossing, met slechts drie transistoren. “Eerst is er dan ongeloof, dan gaat men het toch ook maar eens proberen, en nu is het een ‘textbook example’ van een manier om ruis op te heffen. Dat zit in de telefoon die je in de winkel koopt!” Op dezelfde manier heeft de groep jarenlang een wereldrecord met de zuinigste analoog-naar-digitaalconverter, 20 keer zuiniger dan zijn voorgangers. “Op dit moment begint de concurrentie in de buurt te komen. Maar ook hier was er eerst ongeloof: dat kán niet. Het kan wel, en het record staat vijf jaar.”
Nauta fabriceert zelf geen chips in eigen huis, dat gebeurt bij de grote chipsfabrikanten. “We ontwerpen al chips waarvan de transistoren niet groter zijn dan 28 nanometer (een nanometer is een miljoenste millimeter), die technologie vergt gewoon veel te hoge investeringen; een moderne productielijn kost snel een paar miljard” Wel heeft de groep geavanceerde testfaciliteiten om de chips op de proef te stellen zodra ze terug zijn uit de fabriek.
Een succesvolle spinoff van de groep is Axiom IC, een ‘design house’ waar inmiddels 20 ontwerpers werken. Ook met de grote producenten van chips en mobiele apparaten zit Nauta regelmatig aan tafel. “We horen tot de top van de wereld. Aan het MIT en bij Berkeley zitten ook goede groepen, maar daar zitten wij gewoon bij. En zo’n nationale erkenning is natuurlijk ook iets om trots op te zijn.” In de onderzoeksvisitatie van het Electrical Engineering onderzoek in Nederland (TUD, TU/e en UT) is de groep de enige die de maximale score haalt op de criteria kwaliteit, productiviteit, relevantie en levensvatbaarheid. Dit rapport is hier te downloaden.
De groep Integrated Circuit Design maakt deel uit van het Centre for Telematics and Information Technology (CTIT) van de Universiteit Twente.
