Das INT bietet interessierten Studierenden die Möglichkeit, ihre Abschlussarbeiten in zukunftsorientierten Forschungsprojekten im Bereich der integrierten elektrischen und photonischen Schaltungsentwicklung zu absolvieren.
Allgemeine Themen/General topics
Main Task Categories
- Integrated circuit (IC) design
- Artificial neural network (ANN) modeling
Background
Artificial intelligence has found its way into more and more areas of life in recent years. This also applies to mobile applications with limited available energy. The energy efficiency of AI accelerators therefore plays a decisive role. Analog implementations are moving into focus, as they have considerable energy-saving potentials. By considering electrical voltages, currents and charges as continuous analog quantities to perform arithmetic operations, the energy required for inference can be significantly reduced compared to conventional digital calculation. At INT, we are working on an all-analog system, where the multiply-accumulate (MAC) operation and ReLU-activation operation is performed in analog.
Your Task
We are looking for very good students who want to help us to develop energy-efficient circuits or program hardware-aware models needed to train neural networks.
Exemplary Topics
- Modeling of analog circuit components in Python/Tensorflow/PyTorch.
- Design of highly energy- and area-efficient A/D and D/A converters
- Development of strategies to reduce or compensate mismatch at system level, circuit level or software level.
Your Profile
- Independent and goal-oriented way of working
- IC-design: Very good grade in the lecture Mixed Signal Integrated Circuit (INT), Verstärkertechnik (INT), Grundlagen Integrierter Schaltungen (INT) or in a similar lecture.
- ANN-modeling: Very good grade in lecture the Deep Learning (ISS) or in similar lecture.
We Offer
- Individual supervision and support
- Freedom to contribute and implement your own ideas
- State-of-the-Art process design kits for IC design
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Art der Arbeit
- Schaltungsentwurf/Simulation
- Schaltungslayout
- HF-Systemsimulation
Hintergrund
Um gleichzeitig die Effizienz und Linearität von hochfrequenten Leistungsverstärkern für Drahtlos- und Mobilgeräte zu verbessern, wird am INT der Ansatz eines volldigitalen Senderkonzepts verfolgt. Im Rahmen des von der DFG geförderten Forschungsprojekts „Hochfrequente Mehrstufen-Schaltverstärker im pulspositions- und pulsweitenmodulierten Betrieb zur effizienten Leistungsverstärkung von breitbandigen Mobilfunksignalen“ sollen dazu mehrstufige Schaltverstärker (ML-SMPA) in einer modernen FDSOI-CMOSTechnologie erforscht werden. Um den Dynamikbereich des Schaltverstärkers zu verbessern, wird die Amplitude des gefilterten HF-Signals zusätzlich zur Pulsweite in diskrete Ausgangsspannungs- (ML-VM-SMPA) oder Ausgangsstromstufen (ML-CM-SMPA) kodiert.
Aufgabenstellung
Abhängig vom Stand des Forschungsprojekts und der Art der Arbeit liegt der Schwerpunkt auf dem Entwurf eines mehrstufigen Schaltverstärkers mit Layout in Cadence IC, dem Entwurf von transformatorbasierten Netzwerken zur Leistungsaddition und Impedanzanpassung in ADS Momentum oder der Ansteuerung des Verstärkers. Gegebenenfalls sind Simulationen und Untersuchungen auf Systemebene in Matlab möglich.
Voraussetzungen
- Kenntnisse über CMOS-Schaltungen
- Grundkenntnisse über Hochfrequenztechnik
Ansprechpartner
Spezifische Themen/Specific topics
Themenüberblick
- FPGA-Entwurf mit VHDL
- Python-Programmierung
- Messtechnik
Hintergrund
Am INT werden integrierte Schaltungen (IC) zur Übertragung hochbitratiger Signale entworfen. Die Eingangsschnittstellen der ICs sind oft parallel ausgeführt, wobei jedeeinzelne Leitung von einer seriellen Hochgeschwindigkeitsschnittstelle eines FPGAs mit Daten versorgt wird. Da sie zusammen eine parallele Schnittstelle bilden sollen, müssen sie aufeinander synchronisiert werden. Die über die Schnittstellen zu sendenden Daten werden im FPGA in RAM-Blöcken zwischengespeichert. Die externe Kommunikation erfolgt über eine Ethernet-Schnittstelle mittels eines INT-proprietären Protokolls.
Deine Aufgabe
In diesem spannenden Projekt wirst du die Möglichkeit haben, eine flexible Hochgeschwindigkeitsdatenquelle zu entwickeln, die Teil einer Messumgebung für integrierte Schaltungen am INT ist. Zunächst erfolgt eine Einarbeitung in bereits bestehende Komponenten. Darauf aufbauend soll eine flexible Anpassung der Anzahl der Schnittstellen und des Speichers entwickelt werden. Die Datenrate soll in einem Bereich von etwa 1 bis 28 Gbaud einstellbar sein. Der Common-Mode der Ausgangssignale soll ebenfalls einstellbar sein. Die Konfiguration soll über eine GUI, die in Python entwickelt werden soll, erfolgen. Die Verifikation erfolgt an einem bestehenden Messaufbau.
Dein Profil
- Gute Vorkenntnisse in VHDL und Python
- Eigenständige und strukturierte Arbeitsweise
- Motivierte Herangehensweise an eine komplexe Aufgabe
- Empfohlen: Erfahrung mit AMD (Xilinx) Virtex-FPGAs und Vivado
Wir bieten
- Individuelle Betreuung und Unterstützung
- Raum, um eigene Ideen einzubringen
Kontakt
Hintergrund der Forschung
Die schnell wachsende Nachfrage nach Rechenkapazität für künstliche Intelligenz erfordert eine Reduzierung des Energiebedarfs von KI-Beschleunigern. Analoge Beschleuniger sind potentiell energieeffizienter als digitale und werden deshalb von Industrie und Wissenschaft erforscht. Am INT haben wir bereits ein rein analoges System entwickelt: zusätzlich zur Matrix-Vektor-Multiplikation ist die Aktivierungsfunktion durch eine analoge Schaltung implementiert. Dadurch wird die Ausgangsaktivierungen der Neuronen direkt weiterverwendet und an die nächste neuronale Schicht geleitet. Die Fläche und Energie für Cache-Speicher entfallen vollständig und die Latenzzeit wird minimiert.
Deine Aufgabe
Wir suchen motivierte Studenten und Studentinnen die mit uns energieeffiziente analoge Schaltungen zur Berechnung von künstlichen neuronalen Netzen entwickeln wollen. Diese Schaltungen sollen zukünftig noch schneller und effizienter rechnen und eine neue Generation des INT-KI-Chips ermöglichen. Die eingesetzte 22 nm FD-SOI CMOS Technologie bietet durch das Back-Gate-Biasing vielfältige Möglichkeiten und kreative Lösungen für den Schaltungsentwurf.
Diese Schaltungen kannst du entwerfen
- Entscheider-/Winner-Takes-All-Schaltung
- Analoges Schieberegister
- Schaltungen zur automatischen Korrektur von Prozessschwankungen (Mismatch)
- Digital-to-Time Converter (DTC)
Dein Profil
- Selbstständige und zielorientierte Arbeitsweise
- Sehr gute Leistungen in Vorlesungen zu integrierten, analogen Schaltungen oder CMOS/BJT-Transistoren, z.B. Mixed-Signal Integrated Circuits, Verstärkertechnik oder Grundlagen Integrierter Schaltungen
Wir bieten
- Individuelle Betreuung und Unterstützung
- Freiheit, eigene Ideen einzubringen und umzusetzen
- State-of-the-Art Prozessdesign-Kits und Entwurfswerkzeuge für den Schaltungs-Entwurf
- Vorbereitung auf eine Karriere oder Promotion im Bereich des analogen und mixed-signal Schaltungsentwurfs
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Objective
- Simulation
- Optimization
Background
Photonic Integrated Circuits (PICs) have become a key component of modern communication technologies in recent years. They are used in a variety of commercial products, enabling complex optical functions such as pre-filtering and multiplexing. These PICs are typically fabricated on silicon platforms, similar to electronic circuits. To further increase the performance of these devices, the integration of advanced materials, such as subwavelength metamaterials, is essential. Metamaterials offer unique optical properties that are not found in naturally occurring materials, allowing for unique control over light propagation, refraction, and reflection. This enables the realization of highly compact and efficient photonic components, improving the functionality of PICs in applications like optical filtering, beam shaping, and enhanced light-matter interaction.
Your task
Your work will include electromagnetic simulations to analyze the properties of silicon-on-insulator (SIO) metamaterials and the use of optimization techniques to improve the device performance, with a particular focus on minimizing optical losses, reducing the device footprint, and improving the broadband behavior. The amount of work can be tailored to the type of thesis.
Your profil
- Experience in working with Python
- Knowledge in integrated photonics
- You have the ability to work independently and solve problems on your own
- Previous knowledge in electromagnetic simulation is beneficial
We offer
- Individual supervision and support
- Freedom to contribute and implement your own ideas
- Access to state-of-the-art facilities and advanced simulation tools
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Objective
- Simulation
- Optimization
Background
Photonic Integrated Circuits (PICs) have become a key component of modern communication technologies in recent years. They are used in a variety of commercial products where they enable complex optical functions such as pre-filtering and multiplexing. These PICs are typically fabricated on silicon platforms, similar to electronic circuits. To further increase the versatility of these devices, the integration of specialized components such as polarization converters is essential. An integrated polarization converter allows the manipulation of the polarization states of light, which is critical for enhancing the functionality and efficiency of photonic systems, particularly in applications like optical signal processing and on-chip communication.
Your task
The project will focus on comparing and optimizing single trench TE/TM mode converters through simulations that analyze their passive characteristics. Additionally, the active behavior of these devices will be explored when integrated with a thermo-optical phase shifter for dynamic control. This will involve the development of a mode-selective metamaterial-based thermo-optical phase shifter.
Your profil
- Experience in working with Python
- Knowledge in integrated photonics
- You have the ability to work independently and solve problems on your own
- Previous knowledge in electromagnetic simulation is beneficial
We offer
- Individual supervision and support
- Freedom to contribute and implement your own ideas
- Access to state-of-the-art facilities and advanced simulation tools
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Objective
- Software development
- Measurement technology (photonic)
Background
Photonic integrated circuits (PICs) have become a key component of modern communication technologies in recent years. They are used in various commercial products where they enable complex optical functions such as prefiltering and multiplexing. These PICs are typically manufactured on silicon platforms, similar to electronic circuits. To optimise their performance and expand their application areas, it is crucial to perform precise measurements and characterisations.
Your task
In this exciting project, you will have the opportunity to actively participate in the development of an automated measurement setup for PICs. Your main task will be to research and implement innovative optimisation algorithms to precisely control modern piezo-adjustable stages. By applying these algorithms, you will be able to autonomously identify the optimal coupling point, which in turn will maximise the efficiency and functionality of the photonic circuits. Your work will help drive the development of these groundbreaking technologies while providing you with valuable insights into the emerging field of photonic integration.
Your profil
- Initial experience in working with Python or Matlab
- Ability to perform precise manual work
- Enjoy optimising and searching for efficient solutions
We offer
- Individual supervision and support
- Freedom to contribute and implement your own ideas
- The opportunity to work on exciting photonic measurement setups and familiarise yourself with new technologies
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Legende: BA: Bachelorarbeit, FA: Forschungsarbeit, MA: Masterarbeit
Neben den hier aufgelisteten Themen bieten wir auch kurzfristig Arbeiten zu unseren aktuellen Forschungsgebieten an. Teilweise können Masterarbeiten auch in abgespeckter Form als Bachelor- oder Forschungsarbeit durchgeführt werden. Die abgeschlossenen Arbeiten bieten Ihnen ebenfalls einen Überblick über das weite Themensprektrum des Instituts.Sprechen Sie bei Interesse einfach unsere Mitarbeiter an.
Die Projekte erfolgen in enger Zusammenarbeit mit renommierten nationalen und internationalen Forschungsinstitutionen und bieten Studierenden optimale Voraussetzungen, um ihre im Studium angeeigneten Fachkenntnisse an konkreten und praxisnahen Aufgabenstellungen einzusetzen und darüber hinaus anwendungsorientiert zu vertiefen. Spannende theoretische und praktische Aufgaben, die gemeinsam mit erfahrenen Doktoranden und Post-Docs erarbeitet werden, bieten hervorragende fachliche als auch persönliche Entfaltungsmöglichkeiten für den weiteren Berufsweg.
Weitere Informationen zu Bachelor-, Forschungs- und Masterarbeiten
Markus Grözing
Dr.-Ing.Arbeitsgruppenleiter IC-Entwurf