Normen brengen licht in de complexe wereld van Geïntegreerde Fotonica

Nederland is internationaal topspeler in Geïntegreerde Fotonica, de lichttechnologie die razendsnelle en superzuinige chips mogelijk maakt. Die techniek is zó nieuw dat er nog nauwelijks normen voor zijn. Daarom is het hoog tijd voor heldere normen, zo bleek tijdens een recent door NEN geïnitieerd online rondetafelgesprek hierover in het kader van de Normalisatieagenda. 'Met heldere normen kunnen we onze voorsprong in Geïntegreerde Fotonica behouden én uitbouwen', aldus NEN-sectorspecialist Yvette Mulder.

De samensmelting van elektronica en lichttechniek; dat is Geïntegreerde Fotonica in een notendop. In de toekomst werken microchips met licht in plaats van elektriciteit. Dat maakt ze nauwkeuriger, betrouwbaarder, tot een factor 1.000 of meer sneller en vele malen energiezuiniger.

De mogelijke toepassingen zijn eindeloos; fotonische chips maken datacenters energie-efficiënt, geven extreme nauwkeurigheid aan medische meetinstrumenten en betekenen een doorbraak in autonome mobiliteit. Ook kan fotonica veelbelovende technologieën versnellen, zoals kunstmatige intelligentie (AI) en augmented reality (AR). Geïntegreerde fotonica is overigens niet hetzelfde als fotonica. 'Van geïntegreerde fotonica is sprake als je die techniek inbouwt in een machine of systeem waarvoor extreem snelle en energiezuinige rekenkracht belangrijk is', aldus Yvette Mulder. Als consultant bij het cluster ICT bij NEN, is zij verantwoordelijk voor het speerpunt Digitale Transformatie en Geïntegreerde Fotonica.

Fotonica als groeimarkt

Fotonica groeit wereldwijd; vooral de VS en Aziatische landen zijn er ver in. Gaat het over Geïntegréérde Fotonica, dan is Nederland voorloper. 'In de VS bouwen ze totaaloplossingen. Eén bedrijf produceert de hele chip en maakt hiervoor zelf alle, of bijna alle, onderdelen. In Nederland leveren veel verschillende bedrijven die bouwstenen. Dat zijn niet alleen de chips, maar ook het ‘plaatje’ waarop de chips worden geplaatst. In een fabriek worden al die losse onderdelen van veel verschillende producten samengevoegd tot één geheel', zegt Mulder.

Waar het in de VS en Azië veelal gaat om grote producten, moet Nederland het hebben van scale-ups; kleinere bedrijven die de fase van startup voorbij zijn en beginnen te groeien. De meeste zijn gevestigd in de zogenaamde PhotonDelta (zie kader); ons eigen ‘Silicon Valley’. Ons land kent naast de scale-ups ook grote jongens zoals ASML; die kijken mee wat er binnen de landsgrenzen wordt ontwikkeld. Tegelijkertijd profiteren de scale-ups van hun grotere broers: ze maken vaak gunstig gebruik maken van hun hoogwaardige machines en apparatuur.

Nederlandse koppositie verdedigen

Begin dit jaar organiseerde NEN een online rondetafel over Geïntegreerde Fotonica. Daar schoven alle hoofdrolspelers binnen de vaderlandse Geïntegreerde Fotonica aan. Mulder: 'Sommige fabriceren chips, andere wafers - de schijfjes waarop de chips zitten. En natuurlijk zaten softwareontwikkelaars aan tafel. Ook overheden doen mee, denk aan de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland, Oost NL en het Ministerie van Economische Zaken en Klimaat. 'Het doel van de rondetafel was om te kijken hoe normalisatie kan helpen de verworven koppositie te verdedigen.

Juist omdat in Nederland niet één fabrikant alle onderdelen in huis maakt, maar heel veel partijen hun specialiteiten en producten samenvoegen, is standaardisatie zo belangrijk. Hoe beter al die onderdelen op elkaar aansluiten, hoe goedkoper, foutlozer en sneller dat samenbrengen gaat.

Volgens Mulder is in Nederland nog vrijwel niemand bezig met normalisatie, terwijl er internationaal wel van alles gebeurt. 'We moeten vaart maken om via normalisatie onze koppositie te behouden. Daarom hebben we alle grote Nederlandse spelers op dit vlak uitgenodigd. Die kenden elkaar al wel, maar praten tot nu toe onderling nog niet over normalisatie. Terwijl dat wel essentieel is! Nu konden we daar gericht over van gedachten wisselen en kennis delen. Als een kickstart van het proces.'

Tikkende tijdbom

Tijdens de rondetafel kwamen de stakeholders tot vijf thema’s waarop normalisatie een verschil kan maken: Interoperabiliteit, Meten & Testen, Veiligheid, Technologie en Wet- & regelgeving. Die uitgebreide insteek was niet voor niets. 'We moeten het meteen breed aanpakken. Nederland is wereldwijd koploper, maar zit als het ware op een tijdbom. Zo voelen de stakeholders het. Om koploper te kunnen blijven, moeten onze bedrijven snel nieuwe toepassingen kunnen ontwikkelen', benadrukt Mulder. De kennis is aanwezig, maar is pas écht economisch interessant als die een doorvertaling vindt naar producten. Vandaar is de steun vanuit de overheid onontbeerlijk. 'Fotonica is een economische sleuteltechniek, die kennis houden we graag in eigen land. Dat lukt alleen als we op alle vlakken vooraan blijven staan.'

'Een autonome auto zonder genormaliseerde fotonica-techniek is letterlijk een gevaar op de weg.’

Normen maken het leven makkelijker

Uit de rondetafelgesprekken bleek dat er in de markt een behoefte is aan uniforme beschrijvingen van software interfaces voor de communicatie met foundries en klanten. Ook werd er gesproken over gestandaardiseerde manieren om deelontwerpen op elkaar te laten aansluiten. 'Wat stuur je liever naar een toeleverancier? En zelfgetekend plaatje met afmetingen? Of een gestandaardiseerde maatvoering? Normen maken het leven veel makkelijker', schetst Mulder de praktische voordelen. Verder is er noodzaak voor normering voor de formaten van wafers (een wafer is de schijf waarop fotonische chips worden geproduceerd) voor diverse toepassingen. 'Zonder normalisatie weet je vooraf niet zeker of jouw product wel op dat van je klant gaat passen en moet je alles per geval specificeren en afspreken. Alles wordt maatwerk. Daardoor loopt fabricage moeizamer en moeten producenten bij elke order opnieuw het wiel uitvinden.'

Veiligheid is ander belangrijk punt waarop normalisatie het verschil kan maken. Een autonome auto die door het ontbreken van normalisatie – alleen al op het punt van bijvoorbeeld fotonica - niet 100% betrouwbaar is, is letterlijk een gevaar op de weg. In autonome auto’s lezen lasers immers de wegmarkeringen zodat ze niet buiten de baan gaan. Je wilt dat er over het gebruik en afstellingen van die lasers goede afspraken zijn gemaakt.

Het voortouw nemen

NEN organiseerde de rondetafel als ‘facilitator van het proces’. Ze brengt belanghebbenden bij elkaar aan tafel om van gedachten te wisselen, te kijken of normen nodig zijn, hoe die eruit zouden moeten zien en helpt hen tot die standaarden te komen. 'Het doel is dat zij straks efficiënter, fool proof, veiliger en succesvoller kunnen ontwikkelen en produceren', aldus Mulder. Omdat NEN is aangewezen door de overheid is het ook de enige partij die dit mag doen richting internationale instanties als CEN en ISO. Normen op het gebied van Geïntegreerde Fotonica maak je immers over landsgrenzen heen. Een norm bedenk je niet voor alleen je eigen land. Dat doe je internationaal. Je haakt andere landen aan, bepaalt welke norm je het eerst ontwikkelt en gaat aan de slag. Uiteindelijk moeten er regels en afspraken komen die iedereen snapt, ondersteunt en kan hanteren - consumenten, investeerders en fabrikanten wereldwijd. Door een norm kunnen ze erop vertrouwen dat producten veilig en betrouwbaar zijn en efficiënt te produceren.

Als voortrekker op zo’n specialistisch gebied móet Nederland het voortouw nemen en een belangrijke rol willen pakken in een Europese expertgroep, weet Mulder. 'Dan houd je het initiatief en kun je invloed uitoefenen op de normen. Er zijn pas acht landen die in Europa iets doen met fotonica. Dus er is veel ruimte voor Nederlandse inbreng.'

Schuin oog op semicon-sector

Gelukkig hoeft het wiel niet opnieuw te worden uitgevonden. NEN denkt dat het bestaande inzichten en documenten uit vergelijkbare sectoren goed kan gebruiken. Mulder: 'Voor fotonica kijken we nadrukkelijk naar de sector voor halfgeleiders – semiconductors. Die twee hebben veel overeenkomsten: hoe moeten dingen op elkaar aansluiten, hoe moet het werken, hoe zit het met de veiligheid? Als daar voor de semicon-sector al een goede norm is ontwikkeld, hoeven we die wellicht hooguit wat aan te passen.'

Mulder kijkt de komende tijd in de eigen systemen wat er al is op het gebied van normalisatie voorhanden is, nationaal en internationaal. Op basis daarvan bepaalt ze wat er nog nodig is. 'Dat leg ik naast de benoemde prioriteiten tijdens de rondetafel. Met dat prioriteitenlijstje onder de arm ga ik opnieuw de juiste mensen langs voor volgende stappen. Met de concrete vraag: We hebben samen besloten dat we normen nodig hebben; help je mee om die op te stellen?' Als de animo zo hoog blijft als tijdens de eerste rondetafel zit dat wel goed. 'De sfeer was heel coöperatief tijdens de rondetafel. Het voelde als een startup. We staan aan het begin van een grote ontwikkeling en wij dragen daaraan bij als experts – dát was het gevoel. Je merkte echt dat alle partijen er zaten met een mentaliteit van doorpakken. Een soort trots pioniersschap.'

Meewerken aan de ambities?

In de Normalisatieagenda zijn per thema hoofdonderwerpen benoemd die voortkomen uit interviews en rondetafelgesprekken met stakeholders die zich regelmatig mengen in het maatschappelijk debat. NEN wil ook in de komende jaren met bedrijven en organisaties verder werken aan de ambities van Nederland. Juist door deze partijen met elkaar verbinden en samen grote stappen voorwaarts zetten helpen we Nederland vooruit.

Ook verder werken aan de ambities van Nederland en meepraten? Neem contact op met Maud Damme of Marc Ritter, e-mail normalisatieagenda@nen.nl

PhotonDelta: het ‘Silicon Valley’ van fotonica

Waar de VS Silicon Valley hebben, heeft Nederland PhotonDelta. De High Tech Campus in Eindhoven is een broedplaats voor bedrijven met fotonica-expertise, in nauwe samenwerking met drie Nederlandse universiteiten: TU Eindhoven, TU Delft en Universiteit Twente. In de PhotonDelta vinden wetenschappers en ontwikkelaars en producenten van software en chips elkaar – met miljoenensteun van de overheid. Voor 2021 is PhotonDelta goed voor 550 voltijdsbanen. Het Ministerie van Economische Zaken en Klimaat stelt dat er in 2026 minstens 25 bedrijven een omzet van € 1 miljard genereren en 4.000 arbeidsplaatsen realiseren.