Práce popisuje návrh smíšeného integrovaného systému pro vyhodnocení přítomnosti rakovinových biomarkerů. K návrhu byla použita technologie TMSC 180 nm zajišťovaná Muse Semiconductor MPW service (konkurence Europractice). Návrhová část práce byla zahájena a dokončena na pracovišti prof. Sandro Carrary na École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) ve Švýcarsku během letních měsíců 2025. Experimentální část pak byla dokončena na VUT během jara 2026. Rozsahem aktivit se jedná o projekt, na kterém pracuje několik profesionálních návrhářů smíšených integrovaných obvodů (analogové a digitální části) po řadu měsíců. Toto student Dmitrii Semenov zvládl bez další pomoci včetně komunikace technologicko-výrobních upřesnění a konzultací problémů se zástupci a koordinátory výrobního procesu na straně Muse. Práce obsahuje kompletní výrobní podklady odeslané do výroby, výsledky simulací i experimentálních měření včetně návrhu testovacího systému. Jediným drobným problémem při oživení byla potřebná dodatečná úprava komunikačního a řídícího rozhraní testovacího HW mimo čip z důvodu rozdílné rychlosti/strmosti hran digitálních signálů. Téma diplomové práce je vysoce aktuální a spolupracující instituce (EPFL) má prvenství v mnoha současných objevech v této oblasti. Je očekáváno publikování získaných výsledků v nejprestižnějších časopisech. Z tohoto důvodu je nastaveno utajení textu práce po dobu 2 let. Text práce je na vysoké profesionální úrovni, lze najít nanejvýše několik drobných technických nedokonalostí.

Spolu s prací musím vyzdvihnout vysokou odbornou úroveň studenta a jeho přístup ke studiu a k odborným/vědeckým aktivitám, který již v současné době disponuje ucelenými znalostmi (ve všech oblastech komunikačních technologií a mikroelektroniky), zkušenostmi i publikačními výsledky. Ty převyšují požadavky i na absolventy doktorského studia. Dle WoS lze za roky 2024 a 2025 dohledat 9 záznamů (7 publikací v časopisech úrovně Jimp AIS D1, Q1-3 a 2 konferenční publikace typu D), kde je autorem či spoluautorem, a na které již získal 14 citací bez autocitací (h-index = 2). Osobně je mi líto, že nepokračuje ve studiu na VUT, protože na takto nadaného a schopného kolegu lze narazit pouze jednou-dvakrát za kariéru. V odborné a vědecké práci související s tématem diplomové práce bude pokračovat od podzimu 2026 na ETH Zürich.

Navrhuji hodnocení A/99b. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 99

Předložené diplomová práce se zabývá návrhem, výrobou a experimentálním ověřením integrovaného analogově-číslicového systému v technologii TSMC 180 nm MS/RF CMOS pro snímání a vyhodnocení biomarkerů rakoviny prostaty (PSA, PSMA, fPSA) pomocí ekvivalentních modelů křemíkových nanovodičových (SiNW) biosenzorů. Práce pokrývá kompletní vývojový cyklus — od kalibrace ekvivalentního modelu SiNW, přes návrh tří hlavních obvodových bloků (PSA/PSMA výpočetní obvod, fPSA/PSA výpočetní obvod a obvod detekce napěťové mezery), návrh podpůrných systémů (proudové zrcadlo, posuvný registr, ESD ochrana), layout celého čipu, přípravu výrobních podkladů, návrh testovací desky PCB a řídicího firmware pro Arduino, až po experimentální měření šesti vyrobených čipových vzorků.

Práce je mimořádně rozsáhlá a ambiciózní. Student prokázal schopnost samostatně navrhnout kompletní testovací integrovaný obvod od schématu po tapeout a proměření realizovaného obvodu, což je v rámci diplomové práce na FEKT nadstandardní výkon.

Zvláště oceňuji zejména komplexnost návrhu, důslednost ověření a praktickou realizaci celé práce.
Systém zahrnuje tři nezávislé analogové výpočetní bloky, FSM řízení, konfigurační paměť, ESD ochrany a kompletní top-level integraci do pouzdra QFN72, takže jde o skutečný mixed-signal čip, nikoliv pouze o izolovaný blok. Autor zároveň provedl pre-layout i post-layout simulace (PEX C+CC), corner analýzy (ss, sf, fs, ff) a výsledky porovnal s měřením na šesti čipových vzorcích, čímž naplnil metodiku odpovídající průmyslovému standardu. Oceňuji také, že práce nekončí simulací — čip byl vyroben, vizuálně zkontrolován pod elektronovým a iontovým mikroskopem a funkčně ověřen na dedikované testovací desce, přičemž student navrhl i PCB, firmware a ekvivalentní modely senzorů z diskrétních součástek.

Připomínky k práci
Rekalibrace modelu z kHz na 1 Hz není plně podložena. Autor předpokládá, že napěťová mezera je hlavním kalibračním parametrem, ale není jasné, zda memristivní dynamika při 1 Hz odpovídá fyzikálnímu chování reálného senzoru.
Autor správně identifikoval, že bez induktivní kompenzace je citlivost na fPSA pouze ~6–8 mV v měření (oproti ~20 mV v simulaci). Bylo by vhodné diskutovat alternativní přístupy k řešení tohoto problému.
Měřené hodnoty napěťové mezery jsou konzistentně nižší než referenční hodnoty (o 50–200 mV). Autor zmiňuje možné příčiny (offset komparátoru, leakage, omezený počet integračních vzorků), ale neprovádí kvantitativní analýzu příspěvků jednotlivých zdrojů chyb.
Zadání práce požaduje měření s reálnými biosenzory, ale veškerá měření byla provedena pouze s diskrétními ekvivalentními modely SiNW na testovací desce. Tato skutečnost je v práci adekvátně reflektována a s přihlédnutím k celkové šíři zadání i experimentální náročnosti měření s reálným senzorem ji lze v kontextu předložené práce považovat za akceptovatelnou.

Práce je psána v angličtině na velmi dobré úrovni. Struktura je logická a přehledná. Obrázky a tabulky jsou kvalitní. Drobnou výtkou je, že některé přílohy (zejména schémata z Cadence) jsou poměrně obtížně čitelné kvůli malému rozlišení. Po formální stránce by se dalo práci vytknout, že seznam zkratek je neúplný, na místo symbolu mikro (µ) je v textu nesprávně použito u.

Celkové hodnocení
Předložená diplomová práce představuje mimořádně kvalitní výkon. Student prokázal schopnost samostatně zvládnout celý vývojový cyklus testovacího integrovaného obvodu — od koncepčního návrhu přes simulace, charakterizaci, layout a post-layout ověření až po tapeout, návrh testovací platformy a experimentální ověření vyrobených vzorků. Rozsahem i úrovní zpracování práce výrazně přesahuje obvyklé požadavky na diplomovou práci. Navzdory výše uvedeným připomínkám jsou dosažené výsledky vynikající a práce jako celek svědčí o velmi dobré úrovni inženýrských schopností autora.

Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení: A (výborně) Otázky k obhajobě:

1. Čím si vysvětlujete systematicky nižší hodnoty napěťové mezery (gap voltage) naměřené na čipu oproti referenčním hodnotám z ekvivalentního modelu?
2. Co byste na návrhu čipu změnil, kdybyste měl možnost provést druhou iteraci (respin)?

Výsledný počet bodů navržený oponentem: 100