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ITG-Preis 2015
für hervorragende Veröffentlichungen
Dipl.-Ing Timon Brückner, Prof. Dr.-Ing. Maurits Ortmanns und
Dipl.-Ing. Christoph Zorn
A GPU-Accelerated Web-Based Synthesis Tool for
CT Sigma-Delta Modulators
Kurzfassung
Im Rahmen eines gemeinsamen DFG-Projekts zwischen der Universität Ulm und der
Universität Hannover wurden grundlegende Arbeiten zum Entwurf von sogenannten
Sigma-Delta Analog Digital Wandlern durchgeführt. Diese A/D Wandler werden z.B. für
die hochauflösende Digitalisierung von Audiosignalen eingesetzt, aber auch für
Sensorschnittstellen genutzt und sie sind heutzutage in fast allen mobilen
Empfängerschaltungen, z.B. von Mobilfunkgeräten, etc.. enthalten. Der A/D Umsetzer
besteht dabei hauptsächlich aus einem rückgekoppelten, hoch-nichtlinearen mixedsignal Sigma-Delta Modulator, und übliche Entwurfswerkzeuge basieren entweder auf
Erfahrung, ungenauer Linearisierung oder langsamen Simulationstools.
In ihrer Arbeit haben die Autoren durch umfangreiche Modellbildung, die Möglichkeit
schneller Simulation und durch den Aufbau einer webbasierte Entwurfsumgebung ein
innovatives und sehr mächtiges Entwurfswerkzeug verfügbar gemacht. Diese Arbeit ist
weltweit einmalig in seiner Benutzbarkeit, seiner Verfügbarkeit, und der
Geschwindigkeit und Algorithmik des dahinter liegenden Simulators und der
Auswertung. Innerhalb von Sekunden werden hunderttausende von Simulationen
durchgeführt, um nach vorgegebenen Spezifikationen einen Entwurf für einen SigmaDelta Modulator zu finden. Dabei können die wesentlichen nicht-idealen Eigenschaften
des analogen Filters eingebracht und in der Optimierung berücksichtigt werden. Damit
stellt das Werkzeug die Möglichkeit zur Verfügung, ohne Expertenwissen über den
Entwurf, die Fehlerkompensation oder die Architekturvarianten von Sigma-Delta A/D
Umsetzern, in sehr kurzer Zeit ein realisierungsfertiges System zu erhalten, das von
nahezu jedem Schaltungsentwickler in einen funktionsfähigen Sigma-Delta A/D
Wandler umgesetzt werden kann.
Das online verfügbare Werkzeug wird mittlerweile von internationalen Nutzern stark
frequentiert und in Folgeprojekten weiter ausgebaut.
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Laudatio
Im Zeitalter des „Internet of Things“ und „Big Data“ sind robuste und mismatch-tolerante
integrierte Schaltungen und Systeme wichtige Schlüsseltechnologien. Analog-Digital
Umsetzer stellen üblicherweise eine performance-kritische Systemkomponente dar,
deren automatisierter robuster Entwurf eine besondere Bedeutung zukommt.
Im Rahmen einer DFG geförderten Forschungskooperation der Universitäten Hannover
und Ulm haben die Autoren in dem originalen IEEE Fachaufsatz „A GPU-Accelerated
Web-Based Synthesis Tool for CT Sigma-Delta Modulators“ evolutionäre Algorithmen
und Methoden präsentiert, die die Entwurfs- und Simulationszeit eines Sigma Delta
Analog-Digital Umsetzers um mehrere Größenordnungen von Stunden auf Sekunden
reduzieren. Das außerordentliche Expertenwissen der Autoren führte schließlich zu
einem Entwurfs-Tool, welches auf parallelen GPU-Architekturen ausgeführt sehr nahe
an den theoretischen Beschleunigungs- / Skalierungsgewinn herankommt.
Prof. Friedel Gerfers
Dipl.-Ing Timon Brückner
Robert Bosch GmbH, Reutlingen
Timon Brückner, geboren am 07.07.1980 in Köln, hat im Juni 2000 sein Abitur an dem
Abtei-Gymnasium Brauweiler in Pulheim bestanden und anschließend seinen Zivildienst
an der Rheinischen Schule für Körperbehinderte ebenfalls in Pulheim absolviert. Das
daraufhin begonnene Studium der Elektrotechnik an der Universität Ulm hat Timon
Brückner im Juni 2008 erfolgreich abgeschlossen und eine Stelle als wissenschaftlicher
Assistent am Institut für Mikroelektronik der Universität Ulm angenommen. Seit August
2014 arbeitet Timon Brückner bei der Robert Bosch GmbH in Reutlingen im Bereich der
Sensorentwicklung.
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Prof. Dr.-Ing. Maurits Ortmanns
Universität Ulm, Institut für Mikroelektronik
Prof. Ortmanns erhielt 1999 sein Diplom in Elektrotechnik von der Universität des
Saarlandes in Saarbrücken, die mit dem VDE und VDI Preis ausgezeichnet wurde. Von
2001-2004 arbeitete er an seiner Doktorarbeit am Institut für Mikrosystemtechnik der
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, die er im Bereich der Zeitkontinuierlichen SigmaDelta A/D Wandler anfertigte und mit Auszeichnung abschließen konnte. Von 20042005 arbeitete Herr Ortmanns bei der Firma Sci-Worx GmbH in Hannover an
elektronischen Schaltungen für eine Neuroprothese, und nach einem kurzen Abstecher
ans HSG-IMIT im Schwarzwald wurde er im Sommer 2006 als Juniorprofessor für
integrierte Schnittstellenschaltungen an die Universität Freiburg berufen. 2008 erhielt
Herr Ortmanns dann einen Ruf auf die Leitung des Instituts für Mikroelektronik an der
Universität Ulm, wo er seitdem ein Labor für mixed-signal Schaltungen aufgebaut hat.
Prof. Ortmanns war Mitglied vielfacher Programmkomitees, darunter ESSCIRC, DATE,
ICECS oder ISSCC, Associate und Guest Editor namhafter IEEE Zeitschriften und ist
zur Zeit European Chair der IEEE ISSCC. Er hält zahlreiche Patente, ist Autor mehrerer
Bücher und hat mehr als 200 internationale Zeitschriften und Konferenzbeiträge
verfasst. Seine aktuellen Forschungsgebiete sind integrierte Schaltungen für A/D
Umsetzer, implantierbare elektronische Systeme.
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Dipl.-Ing. Christoph Zorn
NXP Semiconductors Germany, Hamburg
Christoph Zorn hat von 2003-2009 an der Leibniz Universität Hannover Elektrotechnik
studiert. Nach erfolgreichem Abschluss des Diploms, hat er daraufhin als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Theoretische Elektrotechnik an der Leibniz
Universität Hannover gearbeitet. Der Forschungsschwerpunkt seiner Arbeiten lag dabei
auf der Analog-Digital Wandlung im Bereich mobiler Kommunikationstechnik (GSM,
Bluetooth, UMTS) und Automotiv mit Spezialisierung auf zeitkontinuierliche Sigma-Delta
Modulatoren. Seit Jan. 2014 Arbeitet er bei der Firma NXP Semiconductors in Hamburg
im Bereich Secure Car Access und ist dort als Produkt Marketing Manager weltweit
verantwortlich für Sub-GHz Tranceiver und Receiver Lösungen.
Jun. Prof. Jens Anders (ITG-Preisträger 2012), Dr. Joachim Becker, Universität Ulm
und Prof. Wolfgang Mathis (Preisträger 1999), Gottfried Wilhelm Leibniz Universität
Hannover, Co-Autoren (Der Preis kann nur an ITG-Mitglieder verliehen werden; jede
Person kann nur einmal mit dem Preis ausgezeichnet werden.)
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