Studienrichtung Informationstechnik

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1 Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik Studienrichtung Informationstechnik Prof. C. Mayr Studienrichtungsleiter Kontakt: Raum TOE 213 Informationen für Studenten Jahrgang

2 Inhalt 1. Motivation Informationstechnik 2. Übersicht über Lehrstühle 3. Lehrveranstaltungen 4. Forschung an den Lehrstühlen 5. Zusammenfassung

3 Herausforderungen Informationstechnik Der Begriff INFORMATIONS- GESELLSCHAFT war nie aktueller als jetzt und IT- Studenten gestalten hier zentral mit Wachsendes Informationsaufkommen Globale Datenmenge 2016 über einem Zettabyte (10 21 ) Komplexe Informationsstrukturen Verknüpfung verschiedener Informationsarten, Prozessierung mit niedriger Latenz&Energie bei hoher Datenrate Universeller Einsatz 2013: 10% Weltenergiebedarf Neue Nutzerprofile und Einsatzbereiche Artificial Intelligence, autonomes Fahren, wearable computing, Internet of Things, Industrie 4.0, implanted medical chips,

4 Event-Based Object Tracking in a Multiprocessor-Chip

5 2. Übersicht über Lehrstühle Institut für Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik Grundlagen der Elektrotechnik Prof. Dr. phil. nat. habil. R. Tetzlaff Mess- und Sensorsystemtechnik Prof. Dr.-Ing. habil. J. Czarske Institut für Nachrichtentechnik Hochfrequenztechnik Prof. Dr.-Ing. Plettemeier Theoretische Nachrichtentechnik Prof. Dr.-Ing. E. Jorswieck Institut für Akustik und Sprachkommunikation Akustik und Haptik Prof. Dr. Ing. habil. E. Altinsoy Kognitive Systeme Jun.-Prof. Dr.-Ing. P. Birkholz Schaltungstechnik und Netzwerktheorie Prof. Dr. sc. techn. habil. MBA F. Ellinger Elektronische Bauelemente und Integrierte Schaltungen Prof. Dr.-Ing. habil. M Schröter Hochparallele VLSI-Systeme und Neuromikroelektronik Prof. Dr.-Ing. habil. C. Mayr Kommunikationsnetze Prof. Dr.-Ing. F. Fitzek Mobile Nachrichtensysteme Prof. Dr.-Ing. G. Fettweis Integrated Photonic Devices Lab Jun.-Prof. Dr.-Ing. K. Jamshidi Ultraschallmesstechnik und -Verfahren Prof. Dr.-Ing. habil. E. Kühnicke Institut für Musikinstrumentenbau Prof. Dr.-Ing. G. Ziegenhals

6 3.1 Pflichtmodule Modulnummer Modulname 5. Semester V/Ü/P 6. Semester V/Ü/P ET Integrierte Analogschaltungen 2/2/0 4 ET Signaltheorie 4/2/0 7 ET Schaltkreis- und Systementwurf 2/1/0 0/2/0 7 ET Akustik 2/2/0 4 ET Informationstheorie 2/2/0 4 ET Hauptseminar Kommunikationssysteme 0/2/0 4 ET Hoch- und Höchstfrequenztechnik 2/2/0 4 ET Kommunikationsnetze, Basismodul 2/2/0 4 LP

7 3.2 Wahlpflichtmodule I Modulnummer Modulname 8. Sem. 9. Sem. LP ET Radio Frequency Integrated Circuits 3/1/2 7 ET Lasersensorik 4/1/1 7 ET Intelligente Audiosignalverarbeitung 4/1/1 7 ET Raumakustik / Virtuelle Realität 4/0/2 7 ET Kommunikationsnetze, Aufbaumodul 5/1/0 7 ET Aufbaumodul Informationstheorie 4/2/0 7 ET Antennen und Wellenausbreitung 4/2/0 7 ET Optische Nachrichtentechnik 4/2/0 7 ET Einführung in die Theorie nichtlinearer Systeme 2/1/0 2/1/0 7 ET Schaltungssimulation und Systemidentifikation 2/1/0 2/1/0 7 ET Elektroakustik 2/0/0 2/0/2 7 ET Netzwerkkodierung in Theorie und Praxis 4/2/0 7 ET Statistik 2/1/0 2/1/0 7 ET Digitale Signalverarbeitung und Hardware-Implementierung 2/1/0 0/1/2 7 ET Integrated Circuits for Broadband Optical Communications 3/1/2 7 ET VLSI-Prozessorentwurf 2/2/2 7 TU Dresden, Studienrichtung Informationstechnik Folie 7 von 28

8 3.2 Wahlpflichtmodule II Modulnummer Modulname 8. Semester 9. Semester LP ET Photonische Messsystemtechnik 4/2/0 7 ET Sprachtechnologie 4/0/2 7 ET Technische Akustik / Fahrzeugakustik 2/2/2 7 ET Psychoakustik / Sound Design 4/2/0 7 ET Kommunikationsnetze, Vertiefungsmodul 4/2/0 7 ET Kooperative Kommunikation 4/2/0 7 ET Optimierung in modernen Kommunikationssystemen 4/2/0 7 ET Hochfrequenzsysteme 4/2/0 7 ET ET Grundlagen mobiler Nachrichtensysteme Vertiefung Mobile Nachrichtensysteme 4/2/0 7 4/2/0 7 ET Digitale Signalverarbeitungssysteme 3/1/2 7 ET Ultraschall 2/0/1 2/1/0 7 ET Theoretische Akustik 2/1/0 2/1/0 7 TU Dresden, Studienrichtung Informationstechnik Folie 8 von 28

9 4. Forschung an den Lehrstühlen Prof. Tetzlaff- Grundlagen der Elektrotechnik Analyse, Modellierung, Simulation und Entwurf komplexer Systeme Komplexe Systeme integrierte nanoelektronische Systeme, Systems on Chip (SoC), Memristoren komplexe Systeme in der Medizin, z.b. Vorhersage epileptischer Anfälle neuromikroelektronische Systeme intelligente Sensor-Anordnungen zur Bildverarbeitung Methoden Zellulare nichtlineare Netzwerke und Volterra-Systeme medizinische Signalverarbeitung neuronale Informationsverarbeitungsprinzipien Modellierung und Entwurf nanoelektronischer Systeme

10 Hochgeschwindigkeits-Bildverarbeitung Hier: Thermografie in der Neurochirurgie Biosignalverarbeitung Hier: EEG-Signalverarbeitung, Epilepsie Kooperationspartner: Vision: Echtzeitverarbeitung, interoperativ, vielseitig, hochparallel, spezielle Hardware Prof. Dr. Koch, Medizinische Fakultät der TU Dresden Prof. Dr. med. Schackert, Prof. Dr. med. Kirsch, Universitätsklinikum Dresden Modeling the memristor Develop accurate models to enable time-efficient memristor circuit simulations. Schlaganfall Epilepsie Parkinson Vision: Implantierbares System zur Detektion von Vorboten epileptischer Anfälle und direkten Intervention Kooperationspartner: Prof. Dr. med. Kirsch Universitätsklinikum Dresden Prof. Dr. Lehnertz, Prof. Dr. Elger Klinik für Epileptologie, Bonn

11 Prof. Czarske - Mess- und Sensorsystemtechnik Lasermesssysteme (Fluid- und Oberflächenmesstechnik) - Untersuchung weltweit einzigartiger Messsysteme und Sensoren - Messungen mit Nanometer- und Mikrosekundenauflösung - Untersuchung neuartiger Phänomene von technischen Strömungen (Turbinen, Brennstoffzellen, magnetisch gesteuerte galvanische Prozesse, etc.) - 3D-in-situ-Formmessung z.b. von Nockenwellen Ultraschall-Messtechnik Analoge und digitale Schaltungsentwicklung, Software-Engineering, Laser- Ultraschall für kontaktlose Messungen, Piezo-Array-Sensoren für bildgebende Echtzeitmessungen von komplexen Flüssigmetallströmungen Elektrische Messtechnik Digitale Signal- und Bildverarbeitung, High-speed-Kameras (1 Mio. Bilder / s), Selbstkalibrierung, Zeit-Frequenz-Analyse (Denken in Systemen) Mikro- und Nanotechnik Sensorminiaturisierung, elektrisch durchstimmbare Linsen für Echtzeitsysteme, Einsatz von Mikrooptiken (diffraktive/ adaptive Optik mit Mikrospiegelarrays) Hardware, Software und Simulation DSPs und FPGAs, LabVIEW, Matlab, C++, Optiksimulation

12 Datenanalyse, Messunsicherheitsbudget und modellbasiertes Messen: Sensorik am Teststand Numerische Simulation Signalverarbeitung und Datenauswertung Messdatenerfassung

13 Prof. Ellinger- Schaltungstechnik und Netzwerktheorie SiGe und CMOS Sender- und Empfänger-ICs khz bis 220 GHz: Ultraschnelles drahtlose Kommunikation 40/80 Gb/s: Ultraschnelle optische Breitbandkommunikation Radar für hochgenaue lokale Positionierungssysteme 10 cm 3-D-Genauigkeit: "Smart Factories" und interaktive Führung Systeme für "Adaptive Antenna Combining" im HF-Bereich Wesentlich höhere Datenraten, Distanzen und Robustheit für WLAN CMOS, LDMOS, und SiGe Leistungsverstärker bei 2 GHz - 67 GHz Intelligente Leistungsaddierung für extrem niedrige Versorgungsspannungen Adaptive Speisung mittels Sensoren und schnellen DC/DC-Konvertern Schaltungen auf Beyond-Moore Nano-Technologien Auf Carbon Nanotubes, Nanodrähten und organischen Bauelementen Schaltungen für Energy Harvesting, Audio, etc. Netzwerkanalyse, etc. Theoretische Analyse und Modellierung von Schaltungen Netzwerkanalyse, etc.

14 HAEC Highly Adaptive Energy-Efficient Computing (SFB 912) neuartige Serverarchitektur für energie-adaptive Netzwerke Drahtlose Datenübertragung (Board-zu-Board): On-Chip Antennen-Arrays (Beamsteering) genutzter Frequenzbereich: GHz Datenrate: 100 Gbit/s Optische Datenübertragung (Chip-zu-Chip): Adaptivität (Leistungsverbrauch <-> Datenrate) polymerbasierte optische Wellenleiter hochfortschrittliche Laser-/Packaging-Technologien 200 GHz Traveling-Wave Amplifier

15 Prof. Mayr-Hochparallele VLSI-Systeme und Neuromikroelektronik Multi-Prozessor Systems-on-Chip (MPSoC) für IoT, Industrie 4.0, Automotive, etc in Technologien bis 22nm Multiprozessorsysteme mit hocheffizientem Powermanagement Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung Infrastrukturentwicklung (Standardzellen, Speicherschnittstellen) Mixed-Signal Systems-on-Chip Intelligente Sensorknoten für Automotive/Smartphoneanwendungen Verschiedenste Low-Power Analog-Digital Wandler ICs für Leistungswandler (z.b. LC-Sperrwandler, etc) Deep Learning/Artificial Intelligence Schaltungsnachbildung von Gehirnstrukturen (z.b. 10 Mio Prozessor Gehirnsimulation im Human Brain Project) Brain-Machine-Interfaces und Biohybride Prozessorsysteme für Machine Learning (Autonomes Fahren, etc)

16 Intelligente, leistungseffiziente Systems-on-Chip zur Informationsverarbeitung 0.4V 22nm FDSOI operation enabled by: Design centering via backbiasing and hardware performance monitors (Reliable near-threshold operation) 0.4 V IP by Chair and Spinoff Racyics 2018 AutolinkTC2 22nm AutolinkTC Base T1 Ethernet PHY Titan3D TILE (with MNS) 4-processor core mobile phone MPSoC Nanolink28 Tomahawk3 (with MNS) JIB (with UMAN) 8-processor cores Neuro MPSoC 0.4V adaptive Body Bias Gepard Ultra-efficient ADconverters and ML signal processing Blizzard Cool28SoC + DC/DC Titan +ADC +NoC Links + AVFS + ADPLL +3D TSV Transceiver +5GBit SerDes + DVFS Peripherials SpiNNaker Router R0 SerDes SerDes SerDes PE PE FPGAIF SerDes SerDes SerDes SerDes 4 processor cores +Resiliency + AVFS ISSCC 2012 PE PE FPGA interface LPDDR2 IF FEC SphDeC CM/QM R1 DAC 2016 serial NoC link DuoPE DuoPE DuoPE DuoPE DDR2 RAM interface DuoPE DuoPE DuoPE DuoPE DDR2 RAM interface APP core CM core Tomahawk4 (Santos) (with MNS) ISSCC 2014 Tomahawk2 (with MNS) 8 processor cores (ARM/Tensilica) +Neuro HW extensions 65nm nm Atlas (with MNS) + NoC Links + ADPLL + Serial I/O ISSCC 2012 Tommy (with MNS)

17 Prof. Schröter - Elektronische Bauelemente & Integrierte Schaltungen Simulation von Halbleiterbauelementen numerische Lösung der Halbleitergleichungen (von Poisson- über Transport- zur Schrödinger-Gleichung) => Untersuchung physikalischer Grenzen Kompaktmodelle für den Schaltungsentwurf HICUM als weltweites Industrie-Standardmodell für (Hetero-)Bipolartransistoren Kompaktmodell für Carbon-Nanotube Feldeffekt-Transistoren On-Wafer Hochfrequenz-Messtechnik Waferprober für S-Parameter Messungen bis zu 220 GHz, Rauschmessungen bis 75 GHz und Temperaturmessungen zwischen 4K und 420K Bestimmung von Modellparametern Entwicklung, Simulation, Entwurf und Messung von (speziellen) Teststrukturen Entwicklung von Verfahren & Software für Modell-Parameterextraktion Entwurf von Hochfrequenzschaltungen Geringstmöglicher Leistungsverbrauch und hohe Linearität (unterstützt durch eigene Modelle) Software für Schaltungs- und Technologieoptimierung unter Berücksichtigung von elektrischen und thermischen Kopplungen auf dem Chip

18 DOTSEVEN: Towards 0.7 THz SiGe heterojunction bipolar transistor and BiCMOS technology (EU Projekt, 14 Partner, 12 Mio Euro) Ziele / Innovation Entwicklung von 0.7 THz SiGe HBTs bis 2016 Numerische BE Simulation: neue Effekte, Kalibrierung, HBT-Strukturoptimierung Integration neuer Effekte in LS EBIS s weltweites Standard-Kompaktmodell HICUM Neue Teststrukturen und HF-Messverfahren bis 220GHz Schaltungen mit Arbeitsgeschwindigkeiten im Bereich 77 GHz (Automotive-Radar für autonomes Fahren), >200 GHz (Kommunikation), >300 GHz (Security-Imaging) => THz Anwendungen (Sicherheit, Kommun., Medizin, )

19 Prof. Plettemeier- Hochfrequenztechnik Hochfrequenztechnik Ausbreitung elektromagnetischer Wellen Fernerkundung mit elektromagnetischen Wellen, Radar-Systemtechnik Steuerbare Antennen für Radar, Mobilfunk, Kanalcharakterisierung und Überwachung Antennen für den mm- und submm-wellenbereich Photonik Faseroptische Komponenten Überwachung und Ausgleich von Beeinträchtigungen in optischen Hochgeschwindigkeitssystemen Faseroptische Sensoren Mikrowellen Photonik

20 Antennen für Mobilfunk und Überwachung - Antennenarrays mit Richtcharakteristik - 8 x 8 Einzelstrahler - Hoher Gewinn ( ) - Strahlschwenkung im Bereich von mehrere HF-Frequenzbereiche, z.b. 3,4 GHz - Hohe Bandbreite, 280 MHz - Impedanzanpassung besser als -14 db

21 Jun.-Prof. Jamshidi- Integrated Photonic Devices Silicon Photonics based on BiCMOS SOI transceivers Modulators (Mach Zehnder and Ring) Germanium Photodiodes Lasers Optical Interconnects Energy Efficient Modulators Optical Sampling Photonic Analof to Digital Converters RF Photonics Radio over fiber Photonic Integrated Nonlinear Signal Processing Kerr nonlinearity based on Si and Si3N4

22 3DCSI 3D Chip Stack Intraconnects Optical interconnects for chip to chip in package communications Transmitter and receiver design High bandwidth Adaptive energy consumption Lower propagation delay High volume manufacturability: BiCMOS photonics

23 Prof. Jorswieck Theoretische Nachrichtentechnik Informationstheorie Kapazitätsregionen von Mehrnutzer-Systemen, optimale Sende- und Kodierungsstrategien, Netzwerk-Informationstheorie Signalverarbeitung Sende- und Empfangsoptimierung unter verschiedenen Arten von Kanalinformation zur Optimierung verschiedener Performance-Funktionen, Energieeffizienz, angewandte Spieltheorie Kommunikationstheorie Systeme mit kooperierenden Nutzern oder verteilten Antennen, vereinheitlichte Leistungsanalyse, Netzwerkkodierung, Sicherheit auf der Übertragungsschicht

24 Highly Adaptive Energy-Efficient Computing Sonderforschungsbereich 912 an der TU Dresden Forschung des Lehrstuhls in Teilprojekten zu den Themen: spektral- und energieeffiziente Kommunikation in Multihop-Netzwerken sichere Kommunikation mit Methoden auf der Übertragungsschicht Fragestellungen: Welche Relaying-Verfahren sind energieeffizient unter Berücksichtigung des Energieverbrauchs aller Komponenten an Sendern, Relays und Empfängern? Wie können wir Sicherheitsfunktionalität auf der Übertragungsschicht in Systeme einbauen, um Vertraulichkeit, Authentifizierung und sichere Schlüsselgenerierung zu erreichen? A ID ID B E ID

25 Prof. Fitzek- Kommunikationsnetze (Deutsche Telekom Lehrstuhl) Software Defined Networks und Network Function Virtualization 5G Communication Architecture Combination with Network Coding Mobile Edge Cloud Wireless Mesh Networks Internet of Things (IoT) Flying Drone Mesh Cooperative Networking Multi Path Communication Connected Cars Car2Car Communication Multi Path Communication Tactile Internet

26 Mobile Edge Cloud for Tactile Internet BMBF Förderprogramm Zwanzig20 AP5: Testbed and Demonstrator

27 Peripherials SpiNNaker Router FPGAIF Prof. Fettweis- Mobile Nachrichtensysteme Funk-basierte Übertragungstechnik - Hohe Datenrate von über 100Gb/s - Modulation/Demodulation - Mehrantennensysteme ( massive MIMO ) - Kurze Latenz für Regelungssysteme (Taktiles Internet) SerDes SerDes SerDes Algorithmen und Hardwareentwurf - Entwurf von Mehrprozessorsystemen und deren Chipentwurf - Entwurf von Spezialprozessoren (Realisierung mit Team Mayr) - Eingebettetes Software-Scheduling und Laufzeit-Systeme R0 SerDes SerDes PE PE SerDes SerDes PE PE LPDDR2 IF CM/QM R1 serial NoC link DDR2 RAM interface DuoPE DuoPE APP core FPGA interface SphDeC FEC DuoPE DuoPE DuoPE DuoPE CM DuoPE DuoPE core DDR2 RAM interface Analyse und Entwurf von Mobilfunksystemen - Entwurf und Dimensionierung hierarchischer Netze - Optimierung für Energieeffizienz, Rate, Latenz Partner

28 Taktiles Internet: Die schnelle Kommunikationsinfrastruktur für Robotik, Regelungstechnik, VR, Sensor Actuator Embedded Computing Embedded Computing Trans mitter Challenge: 1ms Receiver 100 ms 100 ms Receiver Trans mitter Hosted Computing (decider) Application Software Network Config. Manager (SON) Latency Goals: Σ = 0.3 ms Terminal Σ = 0.2 ms Air Interface Σ = 0.5 ms Base Station & Compute

29 Prof. Altinsoy Akustik und Haptik Hauptziel: Entwicklung technischer Systeme unter der Berücksichtigung menschlicher Wahrnehmung (Perception based Engineering) Schall- und Schwingungsmesstechnik Strukturdynamik Körperschall Sound Design u. Psychoakustik Lärm am Arbeitsplatz / Tieffrequenter Lärm Elektroakustik/Audiowiedergabesysteme Entwicklung neuer Haptik-Technologien 5G Taktiles Internet Anwendungen (Fahrzeugakustik, Haushaltsgeräteakustik, Messung der perzeptiven Qualität von modernen Informations- und Kommunikationssystemen) PARTNER:

30 Fahrzeugakustik Ziel: Schallquellen im Fahrzeug: Wahrnehmung und Gestaltung des Geräuschcharakters

31 Jun.-Prof. Birkholz- Kognitive Systeme Spracherkennung Entwurf und Implementierung von Systemen zur Erkennung von Sprachsignalen Sprachsynthese und -simulation Entwurf und Implementierung von Systemen zur Erzeugung von Sprachsignalen aus geschriebenem Text Physikalisch-biomechanische Simulation der Sprachproduktion Künstliche neuronale Netze Erforschung künstlicher neuronaler Netzwerke für die Sprachtechnologie Messtechnik für die Sprachforschung Entwicklung neuer Methoden zur Messung von Zungen-, Lippen- und Gaumensegelbewegungen während des Sprechens

32 Sprachsimulation Ziele: Höhere Natürlichkeit, Ausdrucksfähigkeit und Flexibilität synthetischer Sprache durch die direkte Simulation der Prozesse bei der Sprachproduktion Modellierung des Vokaltrakts Modellierung der Stimmlippen Modellierung der Luftströmung und Akustik

33 Prof. Kühnicke Ultraschallmesstechnik und -Verfahren Schallfeldmodellierung Lösung von Rand-Anfangswert-Problemen gekoppelter partieller Differential- Gleichungen, Integraltransformationsmethoden, halbanalytische Näherungslösungen Simulation der Schallausbreitung in komplexen Strukturen zur Optimierung der Messanordnung und zur Entwickelung neuer Auswertealgorithmen Entwicklung neuer Ultraschallmessverfahren und Verbesserung der Ultraschallbildgebung durch Nutzung von Schallfeldinformationen gleichzeitige Messung von Schallgeschwindigkeit und Abstand Überwachung von Temperatur und Denaturierung (Medizintechnik) Messung der Oberflächenkrümmung Verbesserung der Auflösung durch strukturierte Empfänger und Signalentfaltung Ultraschallmesstechnik / Ultraschallmikroskopie Elektronikentwicklung für ein mehrkanaliges Ultraschallmikroskop: Aufbau von Pulsern mit Pulslängen im ns-bereich, Analogverstärkung von f = MHz (enorme Anforderungen bzgl. SNR, EMV) Entwicklung automatisierter Prüfverfahren (gleichzeitige Erstellung von C-Scans verschiedener Tiefen, Neigungsausgleich: Prüfung unter geneigten Grenzflächen)

34 Schallfeldsimulation Neue Messverfahren Krümmungs- und Schichtdickenmessung Ultraschallmikroskopie und -Messtechnik Anpassung eines Prüfkopfes auf ein vorgegebenes Mess-Szenario Vergleich von Foto und C-Scan einer Handy-Leiterplatte

35 5. Zusammenfassung Wir leben im Zeitalter der Informationstechnik Spannende Forschung und Entwicklung Sehr gute Berufschancen (z.b. Kommunikationstechnik, Mikroelektronik, Schaltungstechnik, Systemtechnik, Messtechnik, Akustik) Wir würden uns über ihr Interesse freuen (z.b. auch bei den Laborführungen am Nachmittag)!