ドレスデン電子工学センター

ドレスデン工科大学のドレスデン先端エレクトロニクスセンター( cfaed )は、ドイツの大学のエクセレンスイニシアチブの一部です。マイクロエレクトロニクスのエクセレンスクラスターは、2012年から2017年までドイツ研究コミュニティ( DFG ) によって資金提供され、11の機関から約60人の研究者とそのチームが集まり、クラスターの野心的な目標の達成に向けて共同で活動しています。コーディネーターは、モバイル通信システム学科長のゲルハルト・フェットヴァイス工学博士教授です。このクラスターには、ザクセン州の 2 つの大学といくつかの研究機関のチームが集まっています：ドレスデン工科大学、ケムニッツ工科大学、ドレスデン＝ロッゼンドルフ・ヘルムホルツ・センター(HZDR)、ライプニッツ・ドレスデン高分子研究所(IPF)、ライプニッツ・ドレスデン固体・材料研究所(IFW)、マックス・プランク分子細胞生物学・遺伝学研究所(MPI-CBG)、マックス・プランク複雑系物理学研究所(MPI-PKS)、ナノエレクトロニクス材料研究所 gGmbH (NaMLab)、フラウンホーファー電子ナノシステム研究所 (Fraunhofer ENAS)、フラウンホーファーセラミック技術・システム研究所 (Fraunhofer IKTS)、クルト・シュヴァーベ・マインツベルク計測・センサー技術研究所 (KSI)。 20か国以上から約300人の科学者が9つの研究分野で研究を行い、現在主流となっているCMOS技術の限界を克服する電子情報処理のまったく新しい技術を研究しています。^[1]

cfaedの科学的な建物の1つと組織の本部は、ドレスデン・プラウエン、ヴュルツブルガー通り46にあります。2015年5月、ドレスデン工科大学のキャンパスで新しいcfaedの建物の建設工事が開始されました。建物は2017年後半に完成する予定で、新しい研究室、セミナー室、オフィスが入居する予定です。^[2]

cfaed をクラスター・オブ・エクセレンスに指定するための最初の提案は、2011 年 8 月に DFG に提出されました。2012 年 7 月 15 日、ドレスデン先端エレクトロニクス センター (cfaed) は、ドイツ政府のエクセレンス イニシアチブの第 2 回目の資金調達ラウンドでクラスター・オブ・エクセレンスの地位を獲得しました。2012 年 11 月に開始された 5 年間の資金調達期間中、クラスターは約 3,400 万ユーロの補助金を受け取ります。^[3]最初の資金調達フェーズは 2017 年 10 月まで続きます。

4月3日、cfaedは「TUD Clusters of Excellence」という新しい資金ラインの8つの草案のうちの1つを提出した。2017年9月28日、TUDは草案のうち何件が完全な申請として提出されるよう招待されるかを知ることになる。1年後の2018年9月27日には、どのCluster of Excellenceが選ばれたかが発表される。これらは、2019年以降、最初の7年間の資金援助を受ける。少なくとも2つのTUD-Cluster of Excellenceが選ばれた場合、TUDは2番目の資金ライン「University of Excellence」に申請する資格を得る。この申請の提出は2018年12月中旬に予定されている。^[4]

電子情報処理の新技術は、シリコンナノワイヤ、カーボンナノチューブ、ポリマーなどの革新的な材料からヒントを得たり、化学チップや、DNA折り紙などの自己組織化構造による回路製造方法などのまったく新しい概念に基づいています。これらの新しいデバイスを、その回復力とエネルギー効率に重点を置いた異種情報処理システムに統合することも、cfaedの研究プログラムの一部です。さらに、生物学的コミュニケーションシステムは、自然から得たヒントを技術的な課題に活用することを目的として分析されています。研究は、強力なリーダーシップ、3人の戦略的教授、1人のオープントピック教授、専用の建物、中央科学機関としての地位、およびドレスデンコンセプトへの統合によって構造的にサポートされ、促進されています。^[5]

現在、CFAEDの科学者チームは、モバイル通信の「第5世代」の開発に取り組んでいます。データ伝送の極めて低い遅延、強力なセキュリティ、および回復力により、まったく新しいアプリケーションが可能になる可能性があります。例としては、協調型交通調整システム、ロボット支援遠隔手術、革新的なeラーニング方法などがあります。^[6]

目標を達成するために、クラスターは発見主導の自然科学と革新主導のエンジニアリングを積極的に統合しています。包括的なアプローチでは、研究は材料から異種情報処理システムまで、またその逆まで広がっています。cfaed は、ブレークスルーを求めて探索的なダイナミックな特徴を強調するために、その研究領域を「研究パス」と呼んでいます。^[7]クラスターは、成功を最大限に高め、実りある相互交流を可能にするために、「より多くのショットをゴールに」アプローチを採用し、ドレスデン工科大学 (TUD) と cfaed のパートナーの卓越した研究能力を反映した複数の相互接続された研究パスを追求しています。^[8] cfaedの研究は9つの研究パスに分かれており、材料に着想を得たパス（シリコンナノワイヤパス、カーボンパス、有機/ポリマーパス、生体分子組み立て回路パス、化学情報処理パス（CIP））、システム指向パス（オーケストレーションパス、レジリエンスパス、DGF CRC 912）、および1つの「発見パス」（生物システムパス（バイオ））の領域に分かれています。^[9]

パスリーダー: トーマス・ミコラジック教授 (工学博士)、パス共同リーダー:ジャナウレリオ・クニベルティ教授 (博士)

シリコンは、非常に有益な電子特性と、トランジスタを p 型と n 型の間で動的に切り替えるように構成できることから研究されています。トランジスタの多機能性を活用する新しいフォールト トレラントなコンピューティング アルゴリズムの設計が研究され、シリコン ナノワイヤは生体分子の選択的センサー プラットフォームとして検討されています。2015 年には、世界中の医療機関にコスト効率よく大量に提供できる、柔軟で軽量な診断プラットフォームが実現しました。

パスリーダー: Prof. Dr.-Ing.ハビル。マイケル・シュローター;パス共同リーダー: ハビル教授。ゴッタルド・サイフェルト

カーボンナノチューブ(CNT) は、無線通信システム用電子機器への応用が研究されています。主な重点は、CNT ベースの電子機器の深い理論的理解とウェハー規模の製造に置かれています。ごく最近、^{[いつ? ]}アプリケーション固有の GHz 領域での最初の動作が示されました。

パスリーダー: ステファン・マンスフェルド教授; パス共同リーダー: フランチェスカ・モレスコ博士

有機およびポリマー パスの目標は、有機材料およびデバイスの主な制限のいくつかを克服し、それによって新しい有機情報処理システムへの道筋を特定することです。研究のハイライトには、電子駆動分子ナノ構造による単一原子の制御された輸送、ドープ層を備えた有機トランジスタの新しい概念、垂直有機透過性ベース トランジスタに関する論文が含まれます。

パスリーダー: ステファン・ディーツ教授; パス共同リーダー: マイケル・メルティグ教授 (工学博士)

DNAから作られたナノ構造により、機能性材料をスケーラブルな方法で配置して、既存のシリコンベースの技術を補完する自己組織化電子デバイス、光電子デバイス、ナノフォトニック デバイスを作成できます。最近の成果には、光導波路とアンテナ用の金属ナノ粒子のナノメートル精度の配置や、DNA 型での金属ナノワイヤの制御された成長などがあります。

パスリーダー: Prof. Dr.-Ing. Andreas Richter; パス共同リーダー: Prof. Dr. habil. Brigitte Voit

この斬新なアプローチは、化学物質を情報キャリアとして処理するためのトランジスタベースのマイクロ流体工学の基礎を築きます。近い将来にこの目標を達成するために、2 種類の基本的な化学流体トランジスタが開発されました。現在の研究は、基本的な回路技術のライブラリに重点を置いています。これまでに、化学流体発振器と論理ゲートが実証されています。

パスリーダー: Prof. Dr.-Ing.ヘロニモ・カストリヨン。パス共同リーダー: Prof. Dr.-Ing.ハビル。ヨッヘン・フレーリッヒ

このパスは、現在のハードウェアおよびソフトウェア設計の適応の柔軟性のなさに対処することにより、異種システムの迅速かつ効率的な実装を準備します。その目的は、アプリケーションと基礎となるシステム ソフトウェアを新しい異種 CMOS および拡張 CMOS システムに自動的に適応させることです。最近の成果は、ハードウェア層からアプリケーション層まで、スタックのすべての層で達成されています。

パスリーダー: Prof. Dr.-Ing.トルステン・ストルフ。パス共同リーダー: Prof. Dr.-Ing.フランク・HP・フィツェック

このパスの目標は、ネットワーク システムの回復力を実現することであり、柔軟でアプリケーション固有の適応型回復力メカニズムに重点を置いています。将来のシステムの予測される異質性と、新しい材料に着想を得たテクノロジの障害特性を考慮しながら、信頼性の低い調整可能なコンポーネントを使用した信頼性の高い情報処理が研究されています。主な成果は、トップ レベルの会議 (INFOCOM、NSDI、ICDCS など) での多数の論文発表や、最優秀論文賞 (DSN、USENIX、ACM hat など) に反映されています。

講演者: ゲルハルト・フェットヴァイス教授 (工学博士)

HAEC は、分散ネットワーク アプリケーション向けの統合ハードウェア/ソフトウェア システム ソリューションを、パフォーマンスを犠牲にすることなく、設計時および導入時に高い適応性とエネルギー効率が得られるように最適化することを目指しています。フェーズ I (1 年目から 4 年目) では、達成された研究結果を説明および検証するために、単一の技術デモンストレーターが開発されました。第 2 フェーズの資金提供は 2019 年まで行われました。

パスリーダー: マリノ・ゼリアル博士;パス共同リーダー: Ivo F. Sbalzarini 教授

このパスは、生物システムにおける創発的な行動と情報処理を研究し、生物機能の根底にある原理を特定し、工学的応用に有益となる可能性がある。このパスの初期の成果は以下のとおりである。(I)細胞が内部の化学時計を通信回線を介して、時計の振動周期を超える時間遅延で同期させる仕組みに関する基本的な理解。(II)自然が複雑な高次元最適化問題にどのように対処するかに関する分類と理解。(III)細胞がノイズと不確実性に直面したときにどのように決定を下すかについての基本的な理解。^[10]

• ナノワイヤ センサー: 軽量で柔軟性の高い高性能診断プラットフォーム (DOI: 10.1002/adhm.201570057)
• 世界初のユニバーサルトランジスタ (DOI: 10.1002/adhm.20150012)
• 熱電応用のためのハイブリッドナノメンブレン超格子 (DOI: 10.1021/nl404827j)
• トランジスタ物理学から現実世界のアプリケーションまで - マルチスケールアプローチ (DOI: 10.1007/s10825-014-0588-6; 10.1109/TNANO.2015.2397696)
• アナログ高周波カーボンナノチューブトランジスタの技術開発
• CNT 選別: sc-SWCNT の半導体濃縮 (DOI: 10.1002/pssa.201431771)
• 有機反転電界効果トランジスタ (DOI: 10.1038/ncomms3775)
• 有機透過性塩基トランジスタ (OPBT) (DOI: 10.1002/adma.201502788; 10.1063/1.4927478)
• ポリマーエレクトロニクス: 完全印刷されたオールポリマーリング発振器
• 生体分子モーターをベースにした世界初の並列コンピュータ (DOI: 10.1073/pnas.1510825113)
• DNA構造の高周波特性評価（DOI: 10.1109/MMS.2015.7375461）
• DNA折り紙上に共役ポリマーを配置することによる電子ナノデバイスに向けて (DOI: 10.1002/pssa.201431931)
• DNA ベースのプラズモニック導波路に向けて (DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b00381)
• 化学論理回路 (DOI: 10.1021/acs.jcim.5b00324)
• 流体マイクロ化学機械集積回路処理化学情報 (DOI: 10.1039/C2LC40617A)
• 異機種混在コア向けマイクロカーネルベースシステム (DOI: 10.1145/2872362.2872371)
• NoC レベル: 超低電力トランシーバー (DOI: 10.1109/JSSC.2014.2381537)
• Tomahawk プラットフォーム: 異機種マルチプロセッサ システム オン チップ (MPSoC) (DOI: 10.1109/ISSCC.2014.6757394; 10.1145/2517087)
• デルタエンコーディング: 実用的なエンコード処理 (DOI: 10.1109/SRDS.2014.62)
• レジリエントソフトウェアシステム (DOI: 10.1145/2901318.2901339; 10.1145/2872427.2883026)
• モバイル無線チャネルにおける信頼性の高い通信の最大速度 (DOI: 10.1109/TIT.2014.2339820)
• 電子ネットワークにおける遅延誘導自己組織化同期 (DOI: 10.1088/1367-2630/16/11/113009; 10.1109/ICC.2015.7248572)
• プログラム可能な電子特性を持つ有機-無機ヘテロ構造 (doi:10.1038/ncomms14767)
• DNA 折り紙の保護戦略としてのブロック共重合体ミセル化 (doi:10.1002/anie.201608873)
• 表面生成ヘキサセンの電子構造の画像化 (doi:10.1039/C6CC09327B)
• ドナー:C60 ブレンドの吸収テールは、熱活性化電荷移動プロセスとポーラロン緩和に関する洞察を提供します (doi:10.1021/jacs.6b12857)
• 個別にゲートされたナノ接合によるゲルマニウムナノワイヤトランジスタのエネルギー効率と極性制御の実現 (doi:10.1021/acsnano.6b07531)
• 鞭毛運動の負荷応答 (doi:10.1103/PhysRevLett.117.258101)

• クラスターのホームページ
• DFGのウェブサイト上のcfaed