Într-un laborator din Universitatea Politehnica Timișoara, se proiectează viitorul. La propriu. Aici, prin medii de simulare complexe și echipamente de ultimă generație, se nasc microcipuri cu o structură invizibilă ochiului, dar esențiale vieții noastre digitale.
Proiectarea de cipuri. Un domeniu care nu spune mare lucru pentru cei mai mulți dintre noi. Dar pentru Magdalena Marinca, doctorandă și asistent universitar la Facultatea de Electronică, Telecomunicații și Tehnologii Informaționale, este mai mult decât o carieră, este o vocație.
„Este ramura care stă la baza lumii digitale moderne. Fără cipuri, nu am avea telefoane, laptopuri, echipamente medicale sau mașini inteligente”.
Proiectarea de cipuri este procesul prin care o idee devine realitate. Este arta și știința de a construi arhitectura, logica și forma fizică a unui cip electronic: fie că vorbim despre un procesor, o memorie sau un sistem complex integrat într-un singur cip. Este o muncă de precizie și viziune, prin care inginerii transformă funcționalități abstracte în dispozitive reale.
„Chip designul” înseamnă proiectarea de cipuri/ circuitelor integrate adică „creiere” electronice care controlează aproape orice dispozitiv modern. În fiecare smartphone, mașină electrică sau aparat RMN există un microcip proiectat cu grijă. În cazul Magdalenei Marinca, cercetarea se concentrează pe o clasă specială de microcipuri: amplificatoare operaționale de zgomot redus, cunoscute și ca „chopper amplifiers”. Acestea amplifică semnale extrem de slabe, cum sunt cele produse de creier, inimă sau mușchi. Fără ele, aparatele de diagnosticare medicală de înaltă precizie nu ar exista.
„Lucrez la îmbunătățirea performanței acestor cipuri pentru aplicații biomedicale. Este un domeniu de graniță între electronică și sănătate”.
Utilizarea unui amplificator de zgomot redus în aplicații medicale
Într-un salon medical pe ecran se văd linii fine care pulsează constant semnale electrice, trimise de corpul uman precum: activitatea neuronală, bătăile inimii și impulsurile musculare. Dar pentru ca aceste mesaje să fie înțelese de medici, ele trebuie mai întâi captate și apoi să fie amplificate la o valoare măsurabilă.
Aici intervin cipurile create de oameni, precum amplificatoarele operaționale de zgomot redus, care sunt esențiale pentru echipamentele medicale cu scopul de a interpreta activitatea electrică a organismului. În momentul în care vrem să înregistrăm activitatea creierului este necesară o electroencefalogramă (EEG) unde este nevoie de un circuit capabil să detecteze semnale de ordinul microvolților. Același lucru se aplică în cazul electrocardiogramei (ECG), care urmărește bătăile inimii, sau al electromiogramei (EMG), care surprinde impulsurile trimise de mușchi.
Activitatea de cercetare a Magdalenei Marinca are loc în cadrul programului IPCEI ME1 PhD, coordonat de compania Infineon Austria. Programul oferă acces la expertiză internațională, traininguri tehnice avansate și tehnologii de ultimă generație în domeniul proiectării circuitelor integrate. Participarea în acest program permite realizarea unor proiecte complexe de proiectare a cipurilor, în conformitate cu cerințele și standardele industriei globale de microelectronică.
În același timp, Universitatea Politehnica Timișoara este partener în proiectul IPCEI ME/CT (Microelectronics and Communication Technologies), o inițiativă europeană de importanță strategică, care sprijină dezvoltarea infrastructurii de cercetare, inovare și producție în domeniul microelectronicii. Proiectul vizează consolidarea poziției Europei în acest sector prin colaborări între universități și industrie. Universitatea Politehnica Timișoara colaborează în cadrul acestui proiect cu companiile NXP Semiconductors România și Continental Automotive România, contribuind la înființarea de laboratoare specializate în proiectare de cipuri și la formarea unei noi generații de specialiști în microelectronică.
În timpul doctoratului, Magdalena Marinca a analizat performanțele amplificatoarelor de zgomot redus cu ajutorul programelor specializate precum Synopsys și Cadence, evaluând parametri esențiali pentru aplicațiile medicale. Cercetarea se concentrează tocmai pe perfecționarea acestor calități, iar pentru ca semnalele să fie redate fidel, cipurile trebuie să aibă un factor de rejecție a semnalului de mod comun ridicat (CMRR), adică să ignore interferențele și zgomotul electric care vine „la pachet” cu semnalul dorit. În același timp, semnalele trebuie să rămână stabile chiar și când sursa de alimentare variază, printr-o performanță excelentă a factorului de respingere a fluctuațiilor sursei de alimentare (PSRR). Dacă semnalul se schimbă brusc, cipul trebuie să reacționeze imediat, ceea ce implică o viteză de variație a tensiunii de ieșire ridicată un (slew-rate ridicat). Iar pentru a putea lucra cu o varietate largă de semnale, este esențial ca intervalul de tensiuni de mod comun de la intrare (ICMR), să fie cât mai extins.
Toți acești termeni, aparent tehnici, se traduc în lucruri foarte umane: o analiză mai precisă, un diagnostic mai rapid, o intervenție mai sigură. Fiecare parametru corect calibrat înseamnă o șansă în plus pentru pacient. În spatele fiecărui aparat care salvează vieți nu se află doar tehnologie, ci și oameni care proiectează cu grijă, simulează cu rigoare și gândesc fiecare detaliu.
Implementarea unei plăcuțe de test pentru un cip Premiului de Excelență în Cercetare din partea UPT
Performanțele obținute au condus-o pe Magdalena Marinca la obținerea Premiului de Excelență în Cercetare din partea Universității Politehnica Timișoara (UPT), ca recunoaștere a contribuțiilor sale semnificative în domeniul cercetării. În prezent, Magdalena se află într-o nouă etapă a cercetării sale, lucrând la etapa de layout a circuitelor, pregătind publicarea rezultatelor obținute și planificând participarea la conferințe de specialitate.
„Am primit premiul de Excelență în Cercetare din partea UPT pentru activitatea de cercetare desfășurată în timpul anilor de studiu. Acum urmează etapa de layout, publicarea rezultatelor și participarea la conferințe de specialitate”.
Printre hobby-urile Magdalenei Marinca atunci când nu proiectează circuite, se numără cititul, călătoritul sau sportul: „Sportul îți dă disciplină, cititul îți dezvoltă gândirea. Toate contribuie la cercetare”. Iar cercetarea ei contribuie la viitorul nostru. Un viitor în care România nu mai este doar consumatoare de tehnologie, ci și creatoare de soluții inovatoare pentru proiectarea de cipuri.
Explicații privind funcționarea unui cip
„Chip designul înseamnă să contribui la dezvoltarea lumii digitale. Îți oferă șansa să creezi ceva real, cu impact, și să te dezvolți pe toate planurile - profesional și personal”.
