Technische Universiteit Eindhoven

Miljoenenproject optische chips opstap naar miljardenmarkt

Geplaatst: 18 oktober, 2010

Afgelopen week was de aftrap van het internationale R&D-project PARADIGM. Dit project, geleid door de TU Eindhoven, gaat ontwikkeling en productie van optische chips standaardiseren, waardoor ze veel goedkoper worden. Het moet de deur openen naar een nieuwe markt, die tientallen miljarden euro groot is.

Een optische chip. De echte afmetingen zijn 4,5 bij 5,5 millimeter.

Ook komen door het project allerlei nieuwe producten binnen handbereik. De kosten van het project zijn 13 miljoen euro, waarvan het leeuwendeel van de EU komt.

Optische chips, chips die werken met lichtsignalen in plaats van elektronische signalen, zijn hard nodig om het alsmaar groeiende internetverkeer te kunnen verwerken. Maar ook de steeds grotere datastromen in computers en in processoren met tientallen rekenkernen hebben optische componenten nodig. Het grote dataverkeer loopt al via lichtsignalen - in glasvezels - maar in knooppunten is de signaalverwerking nog elektronisch. En die knooppunten lopen tegen hun grenzen aan. Optische schakelingen, ofwel 'photonic devices', moeten hier de oplossing voor gaan bieden.

Een paar cent
Het project PARADIGM (Photonic Advanced Research and Revelopment for Integrated Generic Manufacturing) moet ervoor zorgen dat die oplossing betaalbaar is. Aan het project nemen zestien partijen deel, waaronder bedrijven, universiteiten en kennisinstellingen. Oclaro, Alcatel-Thales III-V Lab, Fraunhofer instituut, Philips Miplaza, CIP, Gooch&Housego, Linkra, de universiteiten van Cambridge, Chalmers, Milan and Eindhoven, en drie design software bedrijven. De Technische Universiteit Eindhoven is de projectcoördinator, via TU/e-onderzoeksschool COBRA.

De grootste bottleneck voor de grootschalige toepassing is momenteel het prijsniveau voor het ontwikkelen en het fabriceren van optische chips. Dat is hoog in vergelijking met normale, elektronische chips. Meint Smit, TU/e-hoogleraar Optische communicatietechnologie (faculteit Electrical Engineering): "Micro-elektronica kost een paar cent per vierkante millimeter chip, doordat de technologie enorm gestandaardiseerd is. En de ontwikkelingkosten zijn laag doordat er geavanceerde software is om de chips snel en nauwkeurig te kunnen ontwerpen. Dat willen wij ook bereiken met photonic devices." Door standaardisatie van de ontwerpmethodes en de productietechnieken moeten vooral producten die niet in groot volume gemaakt worden, meer dan een factor tien goedkoper worden. Bovendien kunnen bedrijven veel sneller prototypes maken en producten naar de markt brengen. Smit verwacht dat binnen zes jaar een groot deel van alle optische chips op deze gestandaardiseerde manier gemaakt kan worden.

Tientallen miljarden
Door die goedkopere productie worden ook nieuwe producten levensvatbaar. Een voorbeeld is de fibersensor. Die kan gebruikt worden voor het meten van allerlei zaken, zoals spanningen in bruggen, vliegtuigen of windmolenbladen, en tijdig waarschuwen voor overbelasting. Het duurste deel is nu nog de optische uitleesunit, maar die zal door integratie danig in prijs omlaag gaan. Maar de onderzoekers voorzien ook toepassingen in medische instrumenten en in computers. Al met al gaat het om een markt die tien procent van de omvang van de micro-elektronicamarkt kan bereiken, schat hoogleraar Meint Smit. Daarmee zou het gaan om tientallen miljarden aan omzet. Smit verwacht dat de technologie van PARADIGM vanaf 2016 commercieel beschikbaar zal komen.

Technologische voorsprong
Europa heeft momenteel een technologische voorsprong op de rest van de wereld in deze race, stelt Smit, en het nieuwe project moet deze positie versterken. De voorsprong is het gevolg van al lopende Europese projecten om optische integratietechnologie te standaardiseren. In totaal loopt er nu in Europa voor ruim vijftig miljoen aan projecten, het merendeel op twee technologieën (Indium Fosfide en Silicium technologie) die samen een groot deel van de bestaande en toekomstige toepassingen afdekken.

Een klein jaar geleden ging zo al het project EUROPIC van start, dat zich richt op het doorvoeren van standaardisatie van al bestaande technologie. PARADIGM richt zich op het ontwikkelen van een verbeterde technologie waarmee de gestandaardiseerde chips zich qua prestaties straks kunnen meten met veel duurdere componenten nu. PARADIGM richt zich ook op de 'verpakking' van de optische chips, waarmee ze worden aangesloten op één of meer glasvezels. Die verpakking is momenteel net zo duur als de chips zelf, en moet dus ook goedkoper. Met de technologie van PARADIGM zal het aandeel van deze gestandaardiseerde chips verder stijgen en zal deze technologie de dominante technologie voor optische chips worden.