Die Professur widmet sich dem Entwurf von Systems-on-Chip (SoC) mit digitalen und gemischt analog/digitalen Komponenten in leading-edge CMOS-Technologien (aktuell bis 22nm). Themengebiete im Schaltungsentwurf sind dabei Multi-Prozessor Systems-on-Chip (MPSoC), Analog-Digital-Wandler, Spannungswandler und Spannungsversorgung on-Chip sowie weitere Mixed-Signal Komponenten für SoCs. Wissenschaftliche Anwendungen der an der Professur entwickelten Schaltkreise liegen in der Nachbildung von Gehirnfunktionalität (sogenannte "Neuromorphe Systeme"), neuartigen Anwendungen von MPSoCs im industriellen Kontext (IoT, Smartphones, Automotive, Industrie 4.0) sowie SoCs für Nervengewebs-Implantate.

Forschung

Der Schwerpunkt der Forschungstätigkeit der Professur liegt in der Erforschung von schaltungstechnischen und methodischen Konzepten für den Entwurf von Systems on Chip (SoC) sowohl für die klassischen Anwendungsbereiche der Mikroelektronik als auch für biologienahe (neuromorphe) Anwendungen.

Die den SoC-Designs zugrunde liegenden Fertigungstechnologien reichen hinab bis 28/22 nm Strukturbreite. Daraus ergeben sich besondere Anforderungen an den Schaltungsentwurf bei sehr niedrigen Versorgungspannungen und hohen Variationen von Baulelementeparametern, die in mehreren Forschungsprojekten adressiert werden.

Die Professur war bereits an einer Reihe führender Forschungsvorhaben im Bereich biologisch inspirierter Informationsverarbeitung (FACETS, BrainScales) beteiligt. Diese Arbeiten werden im Rahmen des EU-Flagship-Projektes Human Brain Projekt fortgeführt.

Multi-Prozessor Systems-on-Chip (MPSoCs)

• Schaltungen von Basis-IP in modernsten CMOS Technologien, wie z.B. digitale Standardzellen, I/O Zellen und SRAM Makros
• Entwicklung von komplexer Infrastruktur IP zur Takterzeugung (z.B. (AD)PLLs, (AD)DLLs), on-Chip Kommunikation (z.B. schnelle serielle NoC Links), off-Chip Kommunikation (z.B. SerDes Transceiver) und zum Power Management (z.B. DVFS, AVFS)
• Methoden des Entwurfs paralleler Systeme
• RTL2GDS Implementierung für Multi-Million Gate MPSoCs
• Integrierte Design Flows für komplexe SoCs

Mixed-Signal Systeme

• Architekturentwicklung und Systemmodellierung von Analog-Digital Wandlern (ADCs)
• Erforschung von neuartigen Lösungen für hochauflösende Delta-Sigma ADCs
• Entwicklung von SAR ADCs und Realisierung in modernsten CMOS Technologien bis 28nm
• Bildsensoren

Neuromorphe Systeme

• Custom high-speed Pulskommunikation und FPGA-basierte Kommunikationsnetzwerke für große, verteilte neuromorphe Systeme
• Mixed-signal und digitale neuromorphe Schaltungen für beschleunigte und Echtzeit-Anwendungen
• Softwareentwicklung für die Abbildung von pulsenden neuronalen Netzen auf große neuromorphe Systeme

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The main scientific area is the integrated circuit design of Systems-on-Chip (SoC) with digital and mixed-signal building blocks. Currently leading-edge
CMOS-Technologies (down to 22nm) are in use. The main topics are:

• multi-processor systems-on-chip (MPSoC)
• analog-to-digital converter
• low-power highly integrated voltage converter and voltage supply circuits
• as well as other mixed signal building blocks for SoCs.

Scientific applications with integrated circuits, developed on the chair, are
neuromorphic systems (e.g. partially modelling of human brain functionality),
neural tissue implants and new MPSoC applications for industrial purposes
(IoT, smartphones, automotive applications, Industrie 4.0)

Research

The key research aspects of the Chair of Highly Parallel VLSI-System and
Neuromicroelectronics are all new systematic concepts in the field of
elctronic circuit design. The research includes the classical microelectronic
circuit design (Systems on Chip, SoC) as well as neuromorphic circuit design
ideas, inspired by biology.

The SoC-circuit design technology scales down to 28nm resp. 22nm structures.
Actual research projects of the Chair deal with the special requirements
caused by these small structures, very low operating voltages and the strong
variations of the device properties.

The Chair of Highly Parallel VLSI-System and Neuromicroelectronics was already participating within leading edge research projects on the field of biological inspired information processsing ("FACETS", "BrainScales"). These works are continued within the european flagship research project "Human Brain Projekt".

Multi-Processor Systems-on-Chip (MPSoCs)

• Circuits for base-IP in state-of-the-art CMOS technologies, as for example digital standard cell, I/O cells and SRAM macros
• Development of complex infratructure IP for clock generation (e.g. ADPLLs, ADDLLs), on-chip communication (e.g. high-speed serial NoC Links), off-chip communication (e.g. SerDes transceiver) and power management (e.g. DVFS, AVFS)
• Methods for the design of parallel systems
• RTL2GDS implementation of multi-million gate MPSoCs
• Integrated design flows for complex SoCs

Mixed-Signal Systems

• Architecture development and system modelling of analog-to-digital converters (ADCs)
• Research of circuit solutions for high-resolution delta-sigma ADCs
• Development of SAR ADCs and implementation in state-of-the art CMOS technologies down to 28nm
• Image Sensors

Neuromorphic Systems

• Custom high-speed pulse communication and FPGA-based backbones for large-scale neuromorphic systems
• Mixed-signal and digital neuromorphic circuits for real-time and accelerated-time applications
• Software development for mapping of spiking networks onto large-scale neuromorphic systems