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《IMEC将在德国巴登-符腾堡州建立先进芯片设计加速器》

  • 来源专题：集成电路与量子信息
  • 发布时间：2025-04-02
  • 据官网3月31日报道，IMEC宣布当天和德国巴登-符腾堡州政府在汉诺威贸易博览会上推出先进芯片设计加速器（ACDA）。位于德国巴登-符腾堡州的IMEC新能力中心将开发最先进的小芯片、封装、系统集成、传感和（边缘）人工智能技术，作为IMEC汽车小芯片计划（ACP）的一部分。通过将这一互补的专业知识添加到IMEC现有的汽车研发产品中，新能力中心将能够更好地支持当地和国际汽车行业，加速将汽车小芯片引入制造业。

    德国巴登-符腾堡州和比利时法兰德斯去年已经签署了一份谅解备忘录，以加强微电子领域的合作。这个宣布是一个重要的里程碑。先进芯片设计加速器将位于德国海尔布隆的人工智能创新园（IPAI）。新中心的目标是应对汽车领域从传统芯片技术向基于小芯片的计算架构的新兴转变，这项技术更适合实现自动驾驶和增强的车内体验等高要求功能。


    先进芯片设计加速器是巴登-符腾堡联邦州芯片设计战略的一部分。该项目被纳入欧盟委员会的欧洲数字主权战略。该能力中心由巴登-符腾堡州经济事务、劳工和旅游部提供4000万欧元的财政支持，首期五年。该项目还符合欧盟委员会启动的欧洲互联和自动驾驶汽车联盟的战略目标。此外，巴登-符腾堡州将为芯片生态系统提供额外的500万欧元资金，用于建立网络办公室，并支持由弗劳恩霍夫协会领导的小芯片技术科学合作。

    原文链接：Advanced Chip Design Accelerator (ACDA) launch | imec (imec-int.com)





  • 原文来源：https://www.newelectronics.co.uk/content/news/imec-announces-new-accelerator-to-lead-development-of-chiplet-based-technology
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    • 编译者：icad
    • 发布时间：2023-11-09
    • 在粒子物理领域，激光驱动的高能电子加速器的设计和实施一直是核心研究的关键组成部分。传统上，实现电子的高能量加速需要依赖于大型、复杂且高成本的设备，例如位于德国的欧洲X射线自由电子激光器中心的电子加速器和加州的斯坦福直线加速器（SLAC），它们的长度分别为3.4公里和3.2公里。这些设备的尺寸和经济投入对其在医学和工业应用中的普及造成了限制。近期，有 两个独立的研究团队已经成功在硅芯片上制造出由激光驱动的粒子加速器，未来有望应用于医学、工业以及高能粒子物理实验中 ，相关研究成果分别发表在 nature 和 arXiv 上（注1）。 粒子加速的演变：从传统方法到纳米光子腔 在传统的粒子加速器中，电子是通过金属腔内电场的微波振荡来加速的，这一过程就像冲浪者在行波上滑行。其最大加速梯度通常为每米几十兆伏，由腔内金属部件间的最大电场决定。德国埃尔朗根-纽伦堡大学（FAU）的Peter Hommelhoff解释说：“金属表面的确切反应尚不清楚，这仍是一个备受关注的研究领域。但当电场过大时，金属表面会形成小金字塔状结构，随后电子会从其上喷射出来，导致电场崩溃。” 由于传统加速器存在高成本和技术挑战，研究者们一直在寻找替代的加速方法。最新的研究显示，通过将激光脉冲发射到由硅纳米结构制成的微型光学腔中，可以产生所需的振荡电场。Peter Hommelhoff指出，物理学家花了近30年的时间才认识到，可以通过使用可见光来驱动纳米光子腔实现电子的加速。由于可见光的波长比微波短得多，这使得设备可以制造得更小。他还强调了这种方法的一个关键优势：“使用激光驱动时，我们不再需要金属结构。普通的玻璃就已经足够，并且可以产生与微波腔和微波场相同的模式。”然而，由于这种腔体是由绝缘材料制成的，表面上不会积累大量的电荷，这意味着加速梯度的主要限制是材料的击穿场强。从理论上讲，这使得纳米光子集成粒子加速器能够在一个微小的、精确聚焦的光束中产生电子束。但这也带来了实际的挑战，如电子束内的电子间的相互排斥，以及束的压缩可能导致其在其他方向上的扩散。 纳米技术驱动：介电激光加速器的突破与实践 在早期的研究中，研究人员已经证明了通过交替相位聚焦技术可以有效缓解电子束的排斥问题。这种方法使得电子在两个方向上交替地受到限制，从而产生了振荡的场分布。近期，Peter Hommelhoff领导的德国埃尔朗根-纽伦堡大学的团队和Olav Solgaard、Uwe Niedermeyer领导的斯坦福大学与德国达姆施塔特工业大学的联合团队都对这种加速器进行了深入探索，都成功地开发了纳米光子介电激光加速器。这些加速器能够提高电子束的能量，而不会导致电子束的分裂。 Olav Solgaard和Uwe Niedermeyer的团队研制了两种不同的加速器，其中一个在斯坦福大学，另一个在达姆施塔特工业大学。他们的一个设计能够在708 μm的距离内将96 keV的电子能量提高25%，这大约是人类头发厚度的十倍。 Peter Hommelhoff团队研制的装置在较低的能量下运行，同时，在500 μm的范围内将电子能量从28.4 keV加速到40.7 keV。但Peter Hommelhoff提到这种方法也存在着一些问题。例如，当加速速度仅为光速三分之一的非相对论性电子时，产生与电子同步的光学模式会变得非常困难，且这种方法的效率并不高。埃尔朗根-纽伦堡大学的介电激光加速器的微芯片如图1所示（下半部分是一分欧元硬币，以作比较）。 图1埃尔朗根-纽伦堡大学的介电激光加速器微芯片 （图源：埃尔朗根-纽伦堡大学） 微型化的未来：加速器技术的应用与挑战 研究团队目前正努力在击穿场强比硅更高的材料中制造设备，以实现更高的场梯度。他们坚信，在短期内，这种加速技术可以在医学成像和暗物质探索中得到应用。Olav Solgaard表示，尽管他可能是少数几个认为这种技术在高能物理中有前景的人，但他相信这项技术可以应用于如石英（其击穿场强是传统加速器的近1000倍）这样的材料。他进一步解释说：“我们已经从毫米级进展到了一米级，一旦达到一米，我们在能量上就应该能与SLAC相匹配。试想一下，我的办公室里放置一个与SLAC相匹配的加速器会是什么样子。” 英国利物浦大学的加速器科学家Carsten Welsch认为，这两个团队都为实现芯片上的真正加速器迈出了关键的一步。但他同时也提醒，光束控制和微型诊断方面仍有大量的工作要完成。 关于应用前景，Carsten Welsch表示：“对于导管式医疗应用我持有与他们相同的乐观看法，即能够实现将电子引导至所需位置，我个人认为其在微型光源的应用潜力最大。结合高质量的电子束和光可以为我们开辟全新的研究和应用机会。”尽管如此，他对像粒子对撞机这样的应用仍持保留意见，强调这种机器需要高亮度和高质量的光束，并认为下一个大型强子对撞机不太可能是一个介电激光加速器。 注1：相关研究成果链接 nature： https://www.nature.com/articles/s41586-023-06602-7 arXiv： https://arxiv.org/abs/2310.02434 原文链接： https://physicsworld.com/a/electrons-accelerated-by-firing-lasers-into-nanophotonic-cavities/
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    • 2019年12月18日，德国最大的加速器中心满60岁。德国电子同步加速器（DESY）的故事始于1959年12月18日。在这60年中，DESY已成为加速器技术、结构研究、粒子物理学和天体粒子物理学的世界领导者，开发了一些全世界的科学家都在使用的开创性技术，并取得了卓越的进步，如发现了胶子、确定核糖体结构。 德国电子同步加速器的主任Helmut Dosch教授说，这个时代面临一个巨大挑战。新一代的研究工具X射线激光提供了医学和材料工程方面的基础性见解，有助于塑造明天世界。德国电子同步加速器为此提供了独特的条件：辐射光源PETRA III、FLASH和欧洲硬X射线自由电子激光装置的组合意味着国际科学家可以使用高强度X射线进行实验。除此之外，DESY补充提供独特的“工具箱”，用于制造、加工和检查纳米样品和纳米材料。德国电子同步加速器在措伊滕的第二个站点也是具有国际吸引力的平台，它是天体粒子物理领域持续发展的卓越中心。 凭借60年的经验，德国电子同步加速器在应对未来全球挑战方面处于优越地位，将强大的国内和国际研究伙伴聚集在一起，为能源、医药和新技术等重要领域的创新创造必要条件。最近，德国电子同步加速器初创企业创新中心和X射线与纳米科学CXNS中心将于2021年起开发新材料。这两个机构目前都在汉堡德国电子同步加速器校区建设中，这里将成为新的科学园区，被称为“巴伦菲尔德科学城”。在短短几年的时间里，与汉堡大学自然科学学院合作开展的顶级德国电子同步加速器研究，将为商业和社会提供强有力的刺激。 下面列举DESY 60周年的相关事件、数据和里程碑。 1.德国电子同步加速器的数据 ? 来自77个国家的2662名员工 ? 每年有来自40多个国家的3000名国际客座研究员 ? 在汉堡共有295栋建筑，包括隧道在内 ? 每年有10000名市民参观 ? 2019年，9900名学生在DESY的学校实验室进行实验 ? 2023年，DESY的新游客中心DESY UM将竣工 2.德国电子同步加速器的科学数据 ? 所有加速隧道全长16288米 ? 自从开始运行以来，为实验产生的正电子形式反物质大约为1.8纳克。 ? 1立方千米：是DESY目前正在合作的最大探测器的尺寸。这是冰立方微中子天文台的中微子探测器，它利用冻结在南极冰层中5000多个光传感器寻找“幽灵粒子”。 ? 1.9飞秒（万亿分之一秒，10-15秒）：今年DESY上出的世界上最短的紫外激光脉冲。 ? 100微米：为进行实验，每个部件必须沿着千米长的粒子加速器对准在十分之一毫米（100微米）以内。 ? 0：曾经在德国电子同步加速器加速器中产生的黑洞数量。 3.德国电子同步加速器的六个惊人的事实 ? 低温：自由电子激光FLASH和欧洲硬X射线自由电子激光装置的加速器模块在零下271摄氏度的工作温度下运行——比绝对零度高2度。这比外太空（270.42摄氏度）还要冷。 ? 灵敏度：ALPS实验的光探测器正在寻找非常轻的暗物质粒子，灵敏度非常高，可以在1000万公里的距离发现100瓦的光源——相当于一个灯泡在距离月球25倍的地方。 ? 灵敏度II：正在测量引力常数的GRAVI实验非常灵敏，甚至探测到了中国的地震。 ? 超快：自由电子激光FLASH上产生的“世界上最快的电影”被载入《吉尼斯世界纪录大全》。每组图像的间隔仅为50飞秒（万亿分之一秒），是普通电影速度的8000亿倍。 ? X射线透视：2008年，DESY的科学家们发现了一幅梵高的画，这幅画是用颜料涂上去的。使用DORIS加速器的同步辐射进行了两天的严格检查后，显现出一名女子在绿色草地上的图像。 ? 单板：有史以来最长的混凝土板是在PETRA III实验大厅的低振动地板上浇筑的，它的尺寸为1米厚、24米宽、近280米长。 4.六个里程碑 ? 1959年12月18日：在汉堡市政厅签署建立“德国电子同步加速器”的国家条约。五年后，电子就在“原始加速器”上疾驰而下，其也被称为德国电子同步加速器。1965年，科学家们实现第一个惊人的成就，成功地创造了一个反质子。 ? 1974年：进入新的研究领域，开始操作DORIS，这是一种新型加速器，不仅可以用于粒子物理，还可以作为一种特别明亮的辐射源。1978年，HASYLAB成立，这是一个利用同步辐射进行研究的大型实验室，很快就成为世界上同类设备的领先者之一。2009年，科学家Ada Yonath因其对生物分子坚持不懈的研究而获得诺贝尔化学奖，她的大部分研究都是在DORIS进行的。 ? 1978年，德国电子同步加速器启动了PETRA，是当时世界上最大的储存环（2.3公里）。1979年，取得突破性进展，发现了胶子，是迄今为止德国电子同步加速器在粒子物理学方面的最大发现。 ? 1990年，HERA投入运行，是德国电子同步加速器最大的加速器（6.3公里）。HERA是世界上唯一让电子和质子发生相互碰撞的设施，可用于解开质子的复杂结构。 ? 1991年，柏林附近的Zeuthen成为德国电子同步加速器的第二个站点。Zeuthen是天体粒子物理学的卓越中心，也是勃兰登堡唯一的粒子加速器的所在地。 ? 2017年：随着能产生超短X射线激光脉冲的超级激光欧洲硬X射线自由电子激光装置的推出，汉堡成为世界X射线研究之都。FLASH于2004年发光，自2010年以来储存环PETRA III一直是世界上最好的同步辐射源之一。德国电子同步加速器可以为这一领域的研究人员提供独一无二的研究条件。
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