De high-speed moduleontwikkeling van Sioux Technologies
In het RADIOBLOCKS project wordt de volgende generatie technologieën voor radioastronomie-infrastructuur ontwikkeld. Sioux Technologies maakt deel uit van het Europese consortium dat deze uitdaging aangaat en zet daarbij met name haar enorme expertise in over het ontwikkelen van high-speed modules. Daarmee wordt het realtime verzamelen en verwerken van enorme hoeveelheden data mogelijk gemaakt. Op deze wijze draagt Sioux bij aan de volgende grote ontdekkingen in het heelal.
Een grote parabolische radiotelescoop zoals die aan de rand van de Drentse Dwingeloosche Heide staat is in feite technologie uit het verleden. Die van nu en de toekomst bestaat uit een groot aantal losse radioantennes, tot wel 100.000 en meer, die op een flinke afstand van elkaar over grote oppervlaktes zijn geplaatst. Zo kan in groter detail verder terug in de tijd worden gekeken, ook door de verzamelde data van verschillende locaties op aarde te combineren.
Het innovatieproject RADIOBLOCKS bundelt de krachten van wetenschappers uit 13 Europese landen, Japan, Zuid-Korea en Zuid-Afrika en dat van één hightechbedrijf: Sioux Technologies. Zij werken onder andere aan het sneller en gevoeliger maken van radiotelescopen en het optimaliseren van de dataverwerking; niet met state-of-the art, maar met grensverleggende technologie. Dit stelt astronomen in staat beelden met een hogere resolutie van objecten op immense afstanden te maken, bijvoorbeeld van zwarte gaten, en om nieuwe wetenschap te bedrijven. Het ultieme doel is kortom een beter begrip van het universum.
RADIOBLOCKS loopt in lijn met de ambities van ASTRON, het Nederlands instituut voor radioastronomie. Dat richt zich op het beheren van hoogwaardige radioastronomische faciliteiten en de ontwikkeling van innovatieve technologieën. ‘Zo heeft deze organisatie heel veel kennis in huis over high-speed processing van data’, aldus Bas van der Linden, Business Solution Manager bij Sioux. ‘Hier zit onze overlap in expertise, en wij vertalen die in hightech modules voor klanten. ASTRON vroeg Sioux, mede vanwege een eerdere succesvolle samenwerking, om bij te dragen aan RADIOBLOCKS. Dat doen wij graag. Dit project sluit immers goed aan op onze roadmap.’
Een field-programmable gate array (FPGA) is een geïntegreerde schakeling die uit programmeerbare logische componenten bestaat. Deze definieert als het ware een chip en faciliteert dataverwerking op zeer hoge snelheden met kleine reactietijden dankzij de hardware en de flexibiliteit van software. Sioux zet hierin een volgende stap door grafische taken van een FPGA over te laten nemen door een Graphics Processing Unit (GPU), en wel zonder het gebruik van de (langzame) Central Processing Unit (CPU). Dat is nieuw en maakt bepaalde berekeningen een stuk efficiënter. Bovendien zijn GPU’s een stuk energiezuiniger, bijvoorbeeld bij correlatie-berekeningen. Ook dat is een doel van het RADIOBLOCKS-project.
‘Deze nieuwe technologie leidt kortom tot een enorme verbeterslag, zowel wat betreft snelheid als de CO2-footprint’, aldus Kees Kooijman, Senior System Architect bij Sioux. ‘We gebruiken de FPGA’s waar die in hun kracht zitten, maar kunnen GPU’s zonder vertraging inzetten waar deze beter zijn. Deze datadoorvoer van de ene naar de andere unit en die flexibel en supersnel inrichten, is één van de belangrijke innovaties binnen RADIOBLOCKS. Daarvoor moeten echter wel complexe stappen worden gezet. Zo is het programmeren van deze devices een specialisme. Dat geldt tevens voor het ontwerpen van de benodigde mathware en algoritmes. De mensen die dat kunnen, liggen niet voor het oprapen, maar wij hebben ze in huis.’
Sioux ziet high-speed moduleontwikkeling als een kerncompetentie. Zo wordt doorlopend geïnvesteerd in het opdoen van nieuwe kennis, de verbetering van tools en het creëren van flexibele bouwstenen voor digitale logica. Sioux doet haalbaarheidsonderzoek, ontwerpt, ontwikkelt, produceert en levert, en is daarmee een waardevolle projectpartner voor ASTRON. Maar wat is de toegevoegde waarde van de deelname aan RADIOBLOCKS voor Sioux? ‘In dit innovatieproject komen vele competenties op het gebied van high-speed dataprocessing samen’, benadrukt Kooijman. ‘We leren dus veel en die kennis en ervaring vindt zijn weg naar projecten voor andere klanten. Zo ontploft de hoeveelheid data die wordt verzameld en verwerkt in de producten van ontwikkelaars en bouwers van hightech-machines. Neem elektronenmicroscopen. Daar worden Nobelprijzen mee gewonnen en die maken net zoals radiotelescopen een sterke ontwikkeling door.’
Bij radiotelescopen scannen heel veel antennes vanuit allerhande verschillende richtingen en locaties een heel klein stukje heelal. Er wordt niet alleen een enorme hoeveelheid data verzameld, maar die moet ook worden gecorrigeerd op oriëntatie en tijdsverschillen om een hoogwaardige afbeelding te genereren. Met een elektronenmicroscoop wordt ook een plaatje gemaakt op basis van gigantisch veel data, alleen dan van het allerkleinste. In de eerste generaties elektronenmicroscopen werd één elektronenstraal gebruikt bij het aftasten van een sample, nu zijn dat er velen. Zie daar een raakvlak met radiotelescopen in technologische ontwikkeling.
Senior Mathware Engineer Ronald Rook bij Sioux: ‘Met deze multi beam-technologie wordt met diverse bronnen tegelijkertijd heel veel data verzameld en die moet optimaal worden verwerkt. Dat gebeurt steeds sneller en accurater, mede dankzij steeds betere highspeed-modules. Sioux helpt Thermo Fisher Scientific, de wereldleider in de ontwikkeling en fabricage van elektronenmicroscopen, hierin steeds weer stappen vooruit te zetten. Nog zo’n applicatie waar wij bijvoorbeeld aan werken is de inspectie van batterijen - cruciale technologie voor onze energietransitie - waarbij met het oog op veiligheid en performance 100 procent van alle batterijcellen razendsnel op eventuele defecten wordt gecontroleerd.’
Het ontwikkelen van geavanceerde data-acquisitie en signaalverwerkingsmodules is een opgave van formaat. Het vergt vergaande competenties op het gebied van elektronica, software en mathware. Daarnaast is een optimale integratie in de technologie van opdrachtgevers essentieel, bijvoorbeeld met het oog op het opgenomen vermogen en warmteontwikkeling. Kostenefficiency is key, net zoals de toekomstige verkrijgbaarheid van hardware. ‘Wij brengen al die kwaliteiten bijeen in ons High Speed Competence team’, aldus Van der Linden. ‘Zo kan Sioux opdrachtgevers maximaal ondersteunen bij het creëren van toekomstbestendige technologieën waar fantastische mooie dingen mee worden gedaan.’
