“Brainport wordt wereldwijd gezien als een van de belangrijkste chipregio's van de wereld, met name vanwege het strategische belang van ASML en NXP”, vervolgt hij. “Als hofleverancier van kennis en engineers aan deze bedrijven, spelen wij hierin als universiteit een belangrijke rol. Met het Future Chips-initiatief willen we die koppositie verder versterken en uitbouwen.”

Drie puzzelstukjes

De eerste stappen zijn al gezet door duidelijk in kaart te brengen wat er op de TU/e allemaal gebeurt op het gebied van chips. Als we het over chips hebben, dan kunnen we drie belangrijke onderwerpen onderscheiden. Smolders laat een plaatje zien waarop dit in beeld is gebracht. “Ten eerste heb je het ontwerpen van de chips zelf”, legt hij uit. “Dat kunnen elektronische chips zijn, maar ook fotonische chips - daar zijn wij hier bij de TU/e heel sterk in.” Verder zijn er de processen en materialen die nodig zijn om die chips te maken en de equipment om de materialen toe te passen en de processen uit te voeren. Dit zijn de drie puzzelstukjes die in elkaar vallen en die de wereld van de chips vormen, van het ontwerpen tot het maken en het realiseren van chips.

Er zijn allerlei bedrijven die op verschillende gebieden zijn betrokken. “Ook dat hebben wij in kaart gebracht”,  aldus Smolders. Zo is ASML vooral bezig met lithografiemachines die nodig zijn voor het realiseren van chips; NXP zit juist meer in het ontwerpdomein. TU/e speelt een belangrijke rol in alle domeinen die iets met chips te maken hebben. Maar waar vroeger alle gebieden één geheel vormden, zijn dit gaandeweg aparte expertises geworden. “Vroeger was het één team, maar nu zijn dat aparte werelden. De onderzoekers hebben weinig interactie met elkaar”, vertelt hij. “Ze hebben elkaar nodig, maar ze weten niet van elkaar waar ze mee bezig zijn.”

Toekomstvisie

Een van de doelen van Future Chips is om die werelden weer dichter bij elkaar te brengen. “Het is belangrijk voor ons als universiteit om ons als collectief te organiseren en te tonen aan de buitenwereld. We willen laten zien wat we allemaal doen, maar ook wat onze ideeën zijn en wat onze visie is op de toekomst van chips.”

Om die toekomstvisie samen te bepalen heeft Future Chips sessies georganiseerd met de 150 wetenschappers die op de TU/e bezig zijn met chips en aan hen gevraagd: Hoe denken jullie erover? Op basis daarvan hebben ze verschillende research vectors gedefinieerd, oftewel gebieden waarin verschillende onderzoekers actief zijn en waar het onderzoek volgens hen naartoe moet. “Eén daarvan is het bij elkaar brengen van verschillende disciplines die betrokken zijn bij chips. Dat je dus niet alleen een chip kunt ontwerpen, maar dat je ook weet wat voor materialen en processen er zijn en welk equipment mogelijk is.

Chiplets

“We geloven ook dat de chips zoals we die nu kennen over twintig jaar niet meer bestaan”, zegt Smolders. "In plaats daarvan zul je zien dat verschillende technologieën fysiek bij elkaar gebracht gaan worden in de vorm van chiplets.” Bij een chiplet-architectuur worden verschillende functies op afzonderlijke chiplets geplaatst, die vervolgens worden gecombineerd om een grotere, complexere chip te vormen. “In feite worden er twee, drie, vier of vijf chips met verschillende functionaliteiten op elkaar geplakt”, legt hij uit. Elk onderdeel kan daarbij ontworpen zijn voor een bepaald doel. Door verschillende componenten te combineren en aan te passen aan specifieke behoeften, zouden fabrikanten veel sneller, efficiënter en goedkoper nieuwe chips met betere prestaties kunnen ontwikkelen.

Het bij elkaar brengen van meerdere technologieën binnen één ontwerp, waarbij iedere technologie geoptimaliseerd is voor een bepaalde functie, wordt ook wel heterogene integratie genoemd. “Het is een fundamenteel andere benadering. We geloven dat het echt de toekomst is en dat we daar een belangrijke rol in kunnen spelen”, aldus Smolders. “Juist omdat we in al die verschillende domeinen al actief zijn. Strategisch kunnen we op die manier een betere positie creëren, omdat we als één collectief kunnen zeggen: dit is onze visie. Dan kun je samen een veel grotere impact maken”, gelooft hij.

The place to be

Het werken aan een grotere naamsbekendheid is belangrijk om onder andere nieuw talent te binden, aangezien de TU/e het aantal chiponderzoekers in de komende jaren wil gaan verdubbelen. “In 2030 zal de Nederlandse chipindustrie 39.000 mensen nodig hebben”, vertelt hij. “Dat zijn natuurlijk niet alleen maar mensen van de TU/e, maar ook van hbo en mbo”, voegt hij eraan toe. Toch is het een flink aantal, zeker aangezien dit exclusief de mensen betreft die de industrie gaan verlaten, omdat ze bijvoorbeeld met pensioen gaan.

Een belangrijke stimulans is Project Beethoven waarmee de overheid 2,5 miljard euro zal uittrekken voor de Nederlandse chipsector. 450 miljoen daarvan is gereserveerd voor onderwijs en talentontwikkeling en zal onder verschillende onderwijsinstellingen verdeeld worden, waaronder de TU/e. Op de TU/e werken op dit moment meer dan 700 onderzoekers binnen 25 onderzoeksgroepen aan semicon (ook wel semiconductors, chips of halfgeleiders genoemd); naast ongeveer 150 vaste wetenschappelijke medewerkers ook zo’n 550 promovendi. Dankzij de investering van de Nederlandse overheid zal dit aantal in de komende jaren flink gaan toenemen.

Nederland is wat dat betreft geen pionier, maar volgt hierin een brede internationale trend waarbij verschillende landen hun positie in de chipwereld proberen te versterken, aangezien chips in veel belangrijke domeinen – zoals de ontwikkeling en implementatie van AI-toepassingen – steeds belangrijker worden. Zo heeft het congres van de Verenigde Staten twee jaar geleden de CHIPS Act aangenomen waardoor er veel geld beschikbaar is gekomen voor de Amerikaanse chipindustrie.

Opschaling

Er zijn vier TU/e-faculteiten die zeer actief met semiconductors verbonden zijn: Electrical Engineering, Mechanical Engineering, Applied Physics & Science Education en Mathematics & Computer Science. Om bedrijven zoals ASML en NXP van genoeg instromend talent te voorzien, moeten deze vier faculteiten tegen 2030 het aantal masterstudenten verdubbelen.

“Als je twee keer zoveel mensen wil laten afstuderen, moet je ook het aantal wetenschappelijke medewerkers verdubbelen,” constateert Smolders. “Zo kom je op die zevenhonderd extra chiponderzoekers uit.” De verdubbeling van het aantal onderzoekers is daarmee geen doel op zich, maar een bijeffect van het hogere doel: het tegemoetkomen aan de groeiende behoefte van de industrie aan bekwame chip-ingenieurs. Door een gelijke opschaling van wetenschappelijke staf zal de verhouding tussen het aantal studenten en medewerkers hetzelfde blijven.

Maar waar moeten al die nieuwe onderzoekers vandaan komen? “Dat is een hele goede vraag,” reageert Smolders. “We zijn in de afgelopen jaren flink gegroeid als universiteit, dus we hebben natuurlijk best wel veel talentvolle PhD's in de pijplijn zitten. Dus dat is één. Natuurlijk zullen we ook mensen van buiten Nederland moeten aantrekken. Daarom willen we aan iedereen, van hier tot Zuid-Korea, laten zien: als je iets met chips wil doen, this is the place to be, op fietsafstand van ASML.”

Juist omdat we dicht bij de industrie staan en veel van onze alumni bij bedrijven zoals ASML werken, hebben we hele warme contacten en is het voor ons makkelijker om goed samen te werken met de industrie, stelt hij. “Maar het is wel onze eigen roadmap,” benadrukt hij. Daarom is het flagship ook als een volledig intern initiatief opgezet, zonder de industrie erbij te betrekken. “Het gaat om onze eigen visie van de toekomst, onderwerpen die wij zelf belangrijk vinden. Natuurlijk weten we wel wat de industrie wil. Maar het werkt wel bottom-up.”

Hij ontkent niet dat er vanuit ASML ook een duidelijke vraag is naar concrete oplossingen voor hun vraagstukken, maar de universiteit bepaalt uiteindelijk zelf waar het onderzoek naartoe gaat. “Een bedrijf zoals ASML wil dat wij zelf ook een sterke visie hebben,” aldus Smolders. “Zij zijn nu gefocust op de problemen die er nu zijn, maar zij willen ook weten wat ze over tien, twintig jaar moeten doen. Misschien heb je dan een heel andere soort machine of andere competentie nodig. En dan heeft een bedrijf zoals ASML er baat bij dat de universiteit ook een beetje rebels is en andere paden durft te bewandelen.”

Nieuwe cleanroom

Een onderdeel van de overeenkomst met ASML is ook het realiseren van een nieuwe cleanroom op de TU/e-campus tegen 2026, als aanvulling op de bestaande. “Deze wordt zeker 50% groter en er komt een deel - en daar ben ik superenthousiast over - waar ook studenten in mogen werken”, vertelt Smolders. Terwijl de huidige cleanroom uitsluitend bedoeld is voor onderzoek, zal in de toekomst ook onderwijs gebruik kunnen maken van de nieuwe cleanroom. Zo kunnen studenten al tijdens hun studie kennismaken met de wereld van chips.

Het ultieme voor studenten is als ze eerst met software hun eigen chips kunnen ontwerpen om daarna in de cleanroom echte machines te kunnen gebruiken waarmee je de chips kunt maken. En vervolgens de chips meten en testen of alles werkt. “Zo brengen we het ontwerpen, de manufacturing en de equipment bij elkaar en laten we zien hoe het hele proces werkt,” aldus Smolders. De TU/e kan hiermee iets unieks bieden, want het is niet gebruikelijk dat studenten in zo’n lab mogen werken. De apparatuur is namelijk vaak heel duur en men is bang dat studenten die niet precies weten hoe alles werkt, van alles in de war schoppen. “We willen een gecontroleerde omgeving creëren waarin de studenten onder begeleiding alles zelf kunnen verkennen,” vertelt hij. De ruimte wordt expres zo opgezet dat het niet erg is als er iets misgaat. “Ze mogen juist fouten maken en zelf ervaren waarom iets niet werkt, daar leer je het meeste van.”