Twente aims to become the chip design center of Europe

Dutch text see below

Europe wants to stand on its own two feet when it comes to chip design. The Dutch province of Twente can play a key role in this.

The gas crisis is once again forcing us to face the facts. We are all too dependent on countries outside of Europe for essential processes that keep society running. Europe is also striving to become more independent where the manufacture of chips is concerned. The Dutch province of Twente is aiming to play a pioneering role in this. The University of Twente, the MESA+ Institute for Nanotechnology Research and dozens of companies in the region have teamed up in the ChipTech Twente cluster, which will see to it that this ambitious plan is actually achieved. “All the ingredients are available here in the region,” says Bram Nauta, professor of Integrated Circuit Design at the University of Twente.

Without chips, the world will grind to a halt. We need them for cooling systems in stores, for traffic lights, for internet connectivity and even for our electric toothbrushes. At present, Europe is heavily dependent on countries like Taiwan and Korea for its chip supply. But if it’s up to the European Union, this will change in the near future. With The European Chips Act, Europe wants to strengthen its own position and double its chip production by 2030. So there is plenty of work to be done, not least in the Netherlands.

Chip design in Twente

The Twente region is aiming for a key position with its Chip Tech consortium. In recent years, the region has already proven to have the right ingredients in house to develop the chip systems of the future. There are now nine chip design companies in the region that design (parts of) chips for various global manufacturers. They are designing the very chips that are now in such short supply and thus hold an important position internationally. Without structural funding and new talent, Europe will be unable to achieve its ambitions to a sufficient level. Moreover, there are companies like LioniX International and PhiX that have been recognized for their development of photonic chips. These have the ability to use lights instead of electrons to do their job. Companies focused on microfluidic chips, such as Micronit, Medspray and Uneedle, have also established themselves in the region. And within the University of Twente (UT), there is a burgeoning department dedicated to labs-on-a-chip: small devices that integrate those various laboratory functionalities onto a single chip.

In the past few years, therefore, major developments have already taken place. But the aspirations of Chip Tech Twente stretch even further. This is because the future of chips lies in the integration of the various systems being developed within the region. “Take the MedTech industry, for instance,” Nauta goes on to explain. “In this sector, a lot of different systems are all brought together. What if you could integrate them? Then it might just be possible to have toilet paper act as a system for detecting diseases during a trip to the toilet. Such a smart integrated system doesn’t exist yet. We could change that, here in Twente.”

Foundry for heterogeneous systems

Twente recognizes the urgency of integrating systems and is going to take the very next step: Setting up a pure-play foundry, where companies can work together on heterogeneous applications. Companies and scientists will be able to work side by side on a small scale making prototypes and developing new designs. Machines will also be provided that can produce the entire system surrounding it.

Nauta believes that the creation of such a foundry is a very good idea. Last June, together with Timo Meinders, business director of the MESA+ Institute, he handed over the ambitious plan to MEP Bart Groothuis aimed at promoting Chip Tech in Twente. “Companies there work alongside each other on innovative end products that don’t even exist today. Take, for example, a vacuum cleaner with sensors that can ‘smell’ dirt and can therefore more effectively do the job it was made for. Or take the airbag system I just referred to. This kind of foundry is the ideal location to bring these types of applications to life. But before such applications can be manufactured on a large scale, they first have to be designed. That is exactly what we are good at here in Twente. All we need to do is get companies to pull together and cooperate. The foundry is going to help with that.”

More integrated systems

Over the years, several chip design companies from Twente have already succeeded in marketing a range of integrated applications. Axign, based in Enschede, developed an amplifier with chips that improves the sound of wireless speakers. The amplifiers are used in the sound systems of the American manufacturer JBL, among other applications. QBayLogic is working with several leading companies and institutions, including Airbus and the Netherlands Organisation for Applied Scientific Research (TNO), on a chip design (containing both analogue and digital elements) for a laser solution as part of the TOmCAT project (Terabit Optical Communication Adaptive Terminal). This project should enable laser communication with high processing speeds between ground stations and satellites. Ultimately, the foundry’s goal is to promote even more of these kinds of applications this way.

Unique start-up climate

The fact that Twente has so much potential in the field of chip design is in part due to its unique start-up climate. Large companies such as ASML and Philips have been establishing themselves in the Brainport region (the innovation ecosystem of Eindhoven) for decades. Twente lacks major tech giants. But this is precisely why there is room for the smaller tech start-ups in the region. “Students who graduate from the university in Eindhoven eventually end up working for those tech giants. The incentive to start their own businesses is not as prevalent there. In Twente, through the years, about nine companies that originated from the faculty at the University of Twente have already established themselves in the field of chip design. Our students, who are in demand all over the world, in combination with these chip-related companies, for their part also attract new business. And so now we have an ecosystem here with the potential to cater to the world stage.”

Growth funds

In addition, grants from the growth fund in Twente contribute to the region’s aspirations to become the location for the development, production and packaging of heterogeneous systems. Ivan Stojanovic is project manager integrated photonics and semicon at Oost NL. He is convinced that two grants in particular, namely those from PhotonDelta and from NXTGEN HIGHTECH, play an instrumental role. “Within these grants there is scope for research money to reach different heterogeneous systems which will be able to support unique application fields,” Stojanovic explains. 

Work within PhotonDelta is looking at what steps are needed to take photonic chips to the next level and at how to make their manufacture even more efficient. “See it as the development of the cookbook of the photonic chip. We are working on this with parties from Twente, but also with others from Brabant, such as Smart Photonics. Photonic chips are set to play an important role in heterogeneous systems, just like electronic chips. But this is why we need to get them market-ready and sort out all the bottlenecks.”

NXTGEN HIGHTECH is a broader-based program that explores how the Netherlands can maintain its strong technological position in areas such as biomedical technology, agrifood and laser satellite communications. “In this program, we are developing the tools and equipment that will make this all possible. This also involves making equipment that enables heterogeneous integration, as well as preparing the subsequent systems for the upcoming market demand. For example, we’re thinking about systems that will make use of MEMS sensors, photonic chips and sensors but also electronic chips and sensors. We need to be able to assemble all of these and test them.”

A matter of having the courage to do it

Just like Nauta, Stojanovic is confident that Twente, with all its know-how and expertise, will play a pioneering role in the field of heterogeneous system design. “It is now mainly a matter of having the courage to do it. If we invest now, and soon, once we have a foundry here, then we will be ready for whatever developments the future brings. I think Twente can do it.”

Over the next few months, ChipTech Twente will be working on drawing up a roadmap. It is expected that this will be finalized in September.



Twente wil hét chipdesigncentrum van Europa worden

Europa wil op eigen benen gaan staan als het gaat om chipdesign. Twente kan daar een sleutelrol in spelen.

De gascrisis drukt ons nog eens met de neus op de feiten. We zijn voor essentiële processen die de samenleving draaiende houden te afhankelijk van landen buiten Europa. Ook als het gaat om de productie van chips streeft Europa ernaar om meer op eigen benen te gaan staan. Twente wil daar een voortrekkersrol in spelen. De Universiteit Twente, het instituut voor nanotechnologisch onderzoek MESA+ en tientallen bedrijven in de regio hebben zich verenigd in het cluster ChipTech Twente, dat ervoor gaat zorgen dat het ambitieuze plan gerealiseerd wordt. “Alle ingrediënten zijn hier in de regio aanwezig”, zegt Bram Nauta, hoogleraar Integrated Circuit Design Universiteit Twente.

Zonder chips staat de wereld stil. We hebben ze nodig voor koelingssystemen in winkels, voor verkeerslichten, voor de internetverbinding en zelfs voor onze elektrische tandenborstel. Europa is voor haar chipvoorziening momenteel sterk afhankelijk van landen als Taiwan en Korea, maar als het aan de Europese Unie ligt komt daar op korte termijn verandering in. Europa wil met The European Chips Act de positie van Europa versterken en de chipproductie voor 2030 verdubbelen. Er is dus werk aan de winkel, ook in Nederland.

Chipdesign in Twente

De regio Twente streeft er met het Chip Tech consortium naar om een sleutelpositie in te nemen. De regio bewees afgelopen jaren al de ingrediënten in huis te hebben om de chipsystemen van de toekomst te ontwikkelen. Er zijn nu negen chipontwerpbedrijven in de regio die (delen van) chips ontwerpen voor verschillende, wereldwijd opererende fabrikanten. Zij ontwerpen de chips waar nu zo’n enorm tekort aan is en nemen een belangrijke internationale positie in. Zonder structureel geld en zonder nieuw talent kan Europa onvoldoende haar ambities waarmaken. Daarnaast zijn er bedrijven als LioniX International en PhiX die bekend staan om hun ontwikkeling van fotonische chips, welke met licht in plaats van elektronen hun functies kunnen uitvoeren. Ook hebben bedrijven gericht op microfluïdische chips, zoals Micronit, Medspray en Uneedle, zich in de regio gevestigd. En binnen de Universiteit Twente (UT) is er een groeiende vakgroep rondom labs-on-a-chip: kleine apparaten die die verschillende laboratoriumfuncties op een enkele chip integreren.

Afgelopen jaren vonden er dus al stevige ontwikkelingen plaats. Maar de ambities van Chip Tech Twente reiken verder. Want de toekomst van chips ligt in de integratie van de verschillende systemen die in de regio ontwikkeld worden. “Neem bijvoorbeeld de MedTech-industrie”, licht Nauta toe. “In deze sector komen heel veel verschillende systemen samen. Wat als je die kunt integreren? Dan zou het zomaar eens mogelijk kunnen zijn om wc-papier te laten fungeren als detecteringssysteem voor ziekten tijdens een toiletbezoekje. Zo’n slim geïntegreerd systeem bestaat nog niet. Wij zouden daar, hier in Twente, verandering in kunnen brengen.”

Foundry voor heterogene systemen

Twente erkent de urgentie van de integratie van systemen en gaat een volgende stap zetten: Het opzetten van een pure-play foundry, waar bedrijven samen aan heterogene toepassingen kunnen werken. Bedrijven en wetenschappers kunnen er naast elkaar op kleine schaal prototypes maken en aan nieuwe ontwerpen werken. Er zullen ook machines beschikbaar komen die het gehele systeem eromheen kunnen produceren.

Het realiseren van zo’n foundry is een zeer goed idee, vindt Nauta. In juni overhandigde hij, samen met Timo Meinders, zakelijk directeur van het MESA+ Instituut, het ambitieplan aan Europarlementariër Bart Groothuis voor het versterken van de Chip Tech in Twente. “Bedrijven werken er zij aan zij aan innovatieve eindproducten, die vandaag de dag nog niet eens bestaan. Denk aan een stofzuiger met sensoren die vlekken kan ‘ruiken’ en daardoor effectiever kan doen waar het voor gemaakt is. Of neem het airbagsysteem dat ik net noemde. Zo’n foundry is de ideale locatie om dergelijke toepassingen tot leven te brengen. Maar voordat zulke toepassingen op grote schaal geproduceerd worden, moeten ze eerst ontworpen worden. Dat is precies waar we hier in Twente goed in zijn. We moeten alleen nog zien dat we de neuzen van bedrijven dezelfde kant op krijgen en dat ze gaan samenwerken. De foundry zal daarbij helpen.”

Meer geïntegreerde systemen

Door de jaren heen slaagden verschillende Twentse chipdesignbedrijven er al in om verschillende geïntegreerde toepassingen in de markt te zetten. Het Enschedese Axign ontwikkelde een versterker met chips die het geluid van draadloze speakers verbetert. De versterkers worden onder andere verwerkt in de geluidssystemen van de Amerikaanse producent JBL. QBayLogic werkt samen met toonaangevende bedrijven en instellingen, waaronder Airbus en TNO, aan een chipdesign (met daarin zowel analoge als digitale elementen) voor een laseroplossing binnen het TOmCAT-project (Terabit Optical Communication Adaptive Terminal). Dit project moet lasercommunicatie met hoge verwerkingscapaciteit tussen grondstations en satellieten mogelijk maken. Uiteindelijk is het doel van de foundry om dus nog meer van dergelijke toepassingen te stimuleren.

Uniek start-up klimaat

Dat Twente zoveel potentie heeft op het gebied van chipdesign, heeft onder meer te maken met het unieke start-up klimaat. In de Brainport regio, het innovatie ecosysteem van Eindhoven, vestigen zich al decennia lang grote bedrijven als ASML en Philips. In Twente ontbreekt het aan grote techgiganten. Maar daardoor is er juist ruimte voor de kleinere tech start-ups in de regio. “Studenten die afstuderen aan de universiteit in Eindhoven komen uiteindelijk terecht bij die techreuzen. De prikkel om een eigen bedrijf te starten is er minder aanwezig. In Twente hebben zich over de jaren heen al zo’n negen bedrijven gericht op chipontwerp gevestigd, voortkomend uit de vakgroep van de Universiteit Twente. Onze studenten, die gewild zijn over de hele wereld, in combinatie met deze chipgerelateerde bedrijven, trekken op hun beurt ook weer nieuwe bedrijvigheid aan. En nu hebben we hier dus een ecosysteem met als potentie om het wereldtoneel te kunnen bedienen.”


Ook groeifondstoekenningen in Twente dragen bij aan de ambitie van de regio om dé locatie te worden voor de ontwikkeling, productie en packaging van heterogene systemen. Ivan Stojanovic is projectmanager geïntegreerde fotonica en semicon bij Oost NL. Hij is er van overtuigd dat twee toekenningen in het bijzonder, namelijk die vanuit PhotonDelta en van NXTGEN HIGHTECH, een grote rol spelen. “Binnen deze toekenningen is er ruimte voor onderzoeksgeld om te komen tot verschillende heterogene systemen welke unieke applicatievelden zullen kunnen bedienen”, licht Stojanovic toe. 

Binnen PhotonDelta wordt er gekeken welke stappen er nodig zijn om fotonische chips naar een hoger plan te brengen en naar hoe de productie nog efficiënter kan. “Zie het als het ontwikkelen van het kookboek van de fotonische chip. We werken daarbij samen met Twentse partijen, maar ook met partijen uit Brabant, zoals Smart Photonics. Fotonische chips zullen een belangrijke rol spelen in heterogene systemen, net als elektronische chips. Maar daarom moeten we deze wel marktrijp krijgen en alle bottlenecks er uit halen.”

NXTGEN HIGHTECH is een breder ingeschoten programma waarin wordt onderzocht hoe Nederland haar sterke technologische positie kan vasthouden op gebieden als biomedische technologie, agrifood en laser satelliet communicatie. “In dit programma ontwikkelen we de tools en apparatuur die dit mogelijk maken. Daarbij hoort ook het maken van apparatuur die heterogene integratie mogelijk maken en de daaruit komende systemen klaarstomen voor de aanstaande marktvraag. Denk hierbij aan systemen die gebruik gaan maken van MEMS sensoren, fotonische chips en sensoren maar ook elektronische chips en sensoren. Die moeten we allemaal kunnen assembleren en testen.”

Kwestie van durven

Net als Nauta heeft ook Stojanovic er vertrouwen in dat Twente met al haar kennis en expertise een voortrekkersrol gaat innemen op het gebied van heterogeen systeem design. “Het is nu vooral een kwestie van durven. Als we nu investeren, en er hier straks een foundry staat, dan zijn we klaar voor de ontwikkelingen die ons in de toekomst te wachten staan. Ik denk dat Twente het kan.”

De komende maanden gaat ChipTech Twente aan de slag om een roadmap op te stellen. Naar verwachting wordt deze in september afgerond.