Na vijftien jaar onderzoek op de Campus Geel van KU Leuven, heeft onderzoeker Paul Leroux een ontwerp klaar om chips stralingshard te maken. Eén van de ontwerpen wordt volgend jaar in een minisatelliet de ruimte in geschoten en ook CERN toont interesse.
In samenwerking met het Studiecentrum voor Kernenergie (SCK) in Mol heeft Paul Leroux, docent aan Campus Geel, de afgelopen vijftien jaar hoge stralingsdosissen onderzocht op computerchips. Hij doctoreerde in draadloze communicatie van chips (wifi, gps, gsm), maar heeft zich verder verdiept in de stralingsfysica om het project op zich te nemen.
Leroux geeft meer info in de Campuskrant van de KU Leuven: “In toekomstige nucleaire fusiereactoren zullen robots werken die worden aangestuurd door operatoren in de controleruimte. De robots zijn uitgerust met sensoren, onder andere camera’s, zodat de operatoren kunnen meevolgen. Alle gegevens moeten uiteindelijk omgezet worden naar digitale data: daarvoor heb je chips nodig die hoge stralingsdosissen aankunnen.”
Vandaag werken er een twintigtal mensen in onderzoeksgroep ADVISE en is professor Valentijn De Smedt aan boord gestapt.
Twee effecten
Straling heeft twee effecten op een chip: foutieve informatie en snelle slijtage. Die foutieve informatie komt door kosmische deeltjes. Eén deeltje heeft volgens Leroux een impact op de elektrische spanning en stromen in de chip. Dit beïnvloedt de elektrische signalen, met foute informatie als gevolg. In het ergste geval kunnen de chips crashen of doorbranden.
De Smedt: “Een gewone computerchip zou een hoge dosis straling hoogstens een paar minuten overleven. Maar chips in een nucleaire reactor, in een deeltjesversneller of in de ruimte moeten jaren meegaan.”
“Dus zoeken we continu naar betere technieken die ingrijpen op de architectuur van de chip, op specifieke controleschakelingen én op de lay-out van de elementaire componenten. Het komt erop aan om de chip zo te ontwerpen dat we compenseren voor de stralingseffecten en de werking continu bijsturen.”
CERN
In het RELYlab in Geel staan verschillende toestellen om de chips te testen. Het bestralingstoestel op de foto hierboven bootst volgens Leroux jaren aan straling in de ruimte of een fusiereactor na in een paar uren of dagen. “Zo kunnen we de veroudering van chips versneld bestuderen.” Er is ook een laseropstelling waarmee met korte laserpulsen kosmische deeltjes worden gesimuleerd.
De Smedt: “We scannen elk stukje van een chip tot op 100 nanometer nauwkeurig. Zo weten we waar en wanneer de chip gevoelig is voor straling en welke effecten die heeft. Dat laat ons toe om het ontwerp te verbeteren.”
Volgend jaar gaat een van de ontwerpen mee op een kubusvormige minisatelliet de ruimte in. Ook het CERN kijkt aandachtig naar de ontwikkelingen op Campus Geel. Leroux: “Door de upgrades van de deeltjesversnellers krijgen ze daar ook te maken met hogere straling en zullen hun chips met dezelfde problemen kampen. Als die in 2021 weer begint te werken, zullen de metingen gebeuren met honderdduizenden chips die in Geel mee door postdoctoraal onderzoeker Jeffrey Prinzie ontworpen zijn.”
Gerelateerd: HPE supercomputer werkt nog steeds na 340 dagen in de ruimte
Bron afbeelding: KU Leuven – Rob Stevens