Pioniers in fotonica willen voorsprong uitbouwen
De nieuwe generatie chips werkt zoveel mogelijk met laserlicht. Dat maakt snelle mobiele netwerken mogelijk, helpt datacenters, autonoom autorijden en ook de zorg. Twee Nederlandse chipsfabrikanten uit Twente en Eindhoven willen de miljardenmarkt van fotonische chips veroveren.
De chipswereld staat op de drempel van een nieuw tijdperk waarin computers nog sneller, nauwkeuriger, kleiner en bovendien ook zuiniger gaan werken. In de nieuwe generatie chips wordt waar mogelijk met licht gewerkt, in plaats van met stroom. Na bijna twee decennia van experimenteren en proefdraaien is de technologie klaar voor de sprong voorwaarts. Deze zogenoemde fotonische chips werken met de kleinst mogelijke lasercomponenten. Twee Nederlandse bedrijven staan op het punt om deze nieuwe miljardenmarkt te veroveren. Met dank aan het stevige ecosysteem van technologiebedrijven rond Philips en een uniek staaltje samenwerking van overheden, bedrijven en universiteiten.
Nederland is mede door honderd jaar kennis van licht en, in een later stadium, ook computerchips bij Philips een voorhoedespeler in fotonica. Dit betreft vooral het genereren en detecteren van licht. De landelijke en lokale overheden willen ermee aan de slag - het wordt expliciet genoemd in het regeerakkoord - en de universiteiten van Enschede, Nijmegen en Eindhoven zijn er druk mee bezig, net als de hogeschool in Twente.
De integratie van licht (en sensoren en filters) in computerchips gaat de komende jaren voor grote doorbraken zorgen. Er zijn nu twee belangrijke drijvende krachten achter deze vooruitgang. De telecommarkt gaat in stapjes van 4G-breedband naar 5G, zodat oneindig veel meer data nog veel sneller vervoerd kunnen worden. Bij de Olympische Spelen van 2020 in Tokio wil heel Japan op 5G zijn overgestapt, en China wil hierin niet achterblijven. Dat is een mooi richtpunt voor alle partijen die hierbij zijn betrokken. En zonder fotonische chips is de stap naar 5G vrijwel ondenkbaar, zo klinkt het in het Nederlandse kamp.
De tweede drijver is de capaciteit van datacenters. Aan de zogenoemde 'cloud' moeten voortdurend nieuwe datacenters worden toegevoegd, want de vraag naar het opslaan van data is enorm. De computerservers binnen die centers kunnen op termijn profiteren van chips die met licht werken - en veel minder koeling nodig hebben - maar in een eerder stadium ontstaat al een grote markt voor snelle fotonische verbindingen tussen datacenters.
Dankzij 5G en geïntegreerde fotonische chips komen ook autonome auto's serieus in beeld. In satellieten zweven al fotonische chips mee om voortdurend over de hele wereld acht verschillende broeikasgassen te meten. En chips van 4x4 mm meten 10.000 keer nauwkeuriger hoe een vliegtuigvleugel doorbuigt. Ook kunnen boeren met fotonische chips beter meten of hun land te nat of te droog is. En binnen afzienbare termijn zitten deze chips in smartphones, en kan iedereen zelf vaststellen of zijn moedervlekken een gang naar de dokter nodig maken. Dat geldt ook voor ademanalyse.
‘Zonder fotonische chips is de stap naar 5G vrijwel ondenkbaar’
Fotonica kan de zorg verlichten
Fotonica is meer dan alleen chips maken. Het opwekken, transporteren en detecteren van allerlei soorten licht hoort hier ook bij. Er is veel belangstelling voor lichtgebruik vanuit de medische wereld, vooral voor varianten van infrarood licht, die dieper in het lichaam kunnen kijken.
Bloedsuiker meten zonder bloed te prikken is nu al mogelijk. Bij allerlei neurologische en psychische afwijkingen kan licht straks ook een rol spelen. Tijdens het tamelijk wetenschappelijke congres in San Francisco waren maar liefst 364 onderzoeken in te zien die over hersenen en fotonica gingen.
Er is veel aandacht voor de invloed van licht op grote ziekten als Alzheimer en Parkinson, maar ook voor het gebruik van licht bij het behandelen van depressies, autisme, slapeloosheid en verslavingen. Hoewel er nog niet heel erg lang onderzoek wordt gedaan, zijn de eerste uitkomsten op vele terreinen zeer bemoedigend.
De behandeling bestaat soms uit een nogal primitief aandoende gekoelde helm vol infrarode lampjes, maar het grote voordeel is hier wel dat er geen risicovolle en belastende inwendige behandeling nodig is, of een handvol medicijnen met de nodige bijwerkingen.
Grote ontwikkelingen
Vrijwel het gehele Nederlandse ecosysteem rond fotonica presenteerde zich vorige week op een groot congres in San Francisco. Chipmakers, softwareschrijvers, het aan de overheid gelieerde TNO en branche-organisaties als PhotonDelta en PhotonicsNL stonden bijeen om het verhaal te vertellen hoe Nederland vooroploopt in deze sector. En hoe het denkt die voorsprong vast te houden en uit te gaan buiten.
De teneur onder de Nederlanders is helder: 'We staan nu waar elektronische computerchips 35 jaar geleden stonden. Aan de vooravond van heel grote ontwikkelingen.' Zelfs de Wet van Moore, die stelt dat iedere twee jaar de capaciteit en de snelheid van de microchip verdubbelt, zal met de fotonische chip herschreven moeten worden.
LioniX International uit Enschede, van origine een producent van computerchips, lanceerde al in 2001 een platform voor de ontwikkeling en productie van fotonische chips, waarbij waar mogelijk silicium, koper of aluminium vervangen worden door licht: dikwijls laserlicht. Die inmiddels superkleine laser wordt nu geïntegreerd in de chip, waar hij moet communiceren met onderdeeltjes die nog steeds met silicium of koper werken.
Het bedrijf van ruim vijftig medewerkers is vorig jaar een geheel nieuwe fase ingegaan om het nu nog grootste, en meest kostbare, struikelblok weg te werken: het gaat de productie en verpakking van de nieuwe chips automatiseren. De belangrijkste reden dat LioniX International hier kansen ziet, is dat nog niemand geautomatiseerd lasers op een chip plakt, die verbindt met alle bestaande elektronica op die chip, en vervolgens aan die chip weer draadjes plakt om hem in een groter circuit op te nemen.
‘Je moet het zien als een doosje waarin alles verpakt zit, en dat kant en klaar wordt geleverd om te worden opgenomen in alle techniek die bijvoorbeeld in een smartphone zit. Dat heet ‘packaging’ en het maakt nu nog 70% of meer van de prijs uit’, zegt Arne Leinse, chief commercial officer bij LioniX. ‘In die assemblage zit dus de ruimte om op te schalen.’ Omdat iedere klant zijn eigen samenstelling van een chip kiest, komen er de komende jaren tal van assemblagelijnen.