kennis

In dertig stappen twaalf keer de wereld rond

Door Simon Rozendaal - 13 april 2015

Het aantal deeltjes op een transistor verdubbelt constant, zo zag Gordon Moore in 1965. Hij had gelijk, heeft gelijk en de wereld veranderde.

Als wij wandelen, is elke stap ongeveer even groot als de voorgaande. Na 30 stappen hebben we ongeveer 30 meter afgelegd.

Even een gedachtenexperiment. Stel dat we zo zouden kunnen wandelen dat elke stap twee maal zo groot is als de voorgaande. Dat kunnen we natuurlijk niet: de meeste mensen kunnen maar twee verdubbelingen aan, verspringers drie, maar dan houdt het op.

Maar zouden we wel exponentieel kunnen wandelen, dan waren we na dertig stappen niet aan het eind van de straat, zoals met onze huidige manier van lopen, maar twaalf maal de wereld rond.

Vijftig jaar geleden was Gordon Moore hoofd onderzoek bij Fairchild Semiconductor. Moore was een gepromoveerde chemicus en wist dus wat een constante verdubbeling betekent: al snel wordt het verbijsterend.

Slimste mensen

Omdat Moore – later een van de oprichters van chipproducent Intel – werd gezien als een van de slimste mensen in de micro-elektronica, vroeg het tijdschrift Electronics Magazine hem om voor een jubileumnummer te voorspellen wat er de komende tien jaar zou gebeuren in de chipindustrie.

Laten we eens wild doen, dacht Moore. Hij constateerde dat de tot dan toe bestaande chips waren gegaan van 1 element in 1959 naar 8, 16 en 30 elementen (transistoren, diodes en weerstanden). In het lab sleutelden ze aan chips met 60 elementen. Moore zag in dat dit bijna een keurige, jaarlijkse verdubbeling was: 1 in 1959, 2 in 1960, 4 in 1961, 8 in 1962, 16 in 1963, 32 in 1964 en 64 in 1965.

Peperduur

En dus voorspelde hij in het artikel dat op 19 april 1965 verscheen dat de jaarlijkse verdubbeling tot 1975 zou doorzetten. Tegen die tijd zouden er 60.000 elementen op een chip zitten.

Zijn bedoeling was, zo zegt hij nu desgevraagd, om aan te tonen dat het maken van chips langs deze weg steeds goedkoper zou worden.

De eerste chips waren zo peperduur dat mensen zich afvroegen of de technologie waarmee ze werden gemaakt, wel zinvol was. Nu nog niet, wilde Moore met zijn exponentiële extrapolatie aantonen, maar straks worden ze steeds goedkoper.

Voor Moore (inmiddels 86 en miljardair) was het een gedachten­experiment, maar na tien jaar bleek het nog te kloppen ook. Er waren negen verdubbelingen geweest, bijna goed dus.

Sindsdien heet zijn voorspelling uit 1965 de wet van Moore en staat ze nog steeds overeind. Er is al diverse malen voorspeld dat de miniaturisatie tegen natuurlijke grenzen oploopt. Dat de golflengte van de gebruikte straling beperkend wordt, dat er bij de allerkleinste onderdelen van chips rare kwantumeffecten gaan optreden, dat de geproduceerde warmte niet kan worden weggewerkt.

Krachtige motor

Tot nu toe slagen de chipontwerpers er keer op keer in om de onvermijdelijke grenzen aan de groei voor zich uit te schuiven. Inmiddels zitten er op een chip enkele miljarden onderdelen.

Wel is de verdubbelingstijd ietwat afgenomen. Aanvankelijk was sprake van een verdubbeling in iets meer dan een jaar, in 1975 veranderde Moore dat in een verdubbeling in twee jaar.

De wet van Moore is een krachtige motor van vooruitgang gebleken. Kijk maar om u heen en probeer weg te denken wat er zonder de wet van Moore niet zou zijn geweest. Oeps, daar gaat de mobiele telefoon, weg iPad, dag internet.

De computer biedt natuurlijk de sterkste illustratie van de wet. Elk jaar worden computers en laptops een tikje goedkoper, terwijl hun prestaties elk jaar toenemen.

Moore zelf dacht in 1965 dat vooral horloges en computers van de constante verdubbeling zouden profiteren. Internet is voor hem de grootste verrassing gebleken. Hij had niet voorzien dat communicatie via computers (want dat is internet natuurlijk) zo’n vlucht zou nemen.

DNA

Voor veel mensen is de snelheid waarmee elektronische producten kleiner, krachtiger en goedkoper worden inmiddels zo vertrouwd geworden, dat automatisch wordt aangenomen dat deze ontwikkeling een kenmerk is van alle technologie.
Een constante verdubbeling is echter een uitzonderlijk fenomeen. Ze heeft zich tot nu toe maar in twee gebieden voorgedaan: micro-elektronica en het aflezen van DNA.

Batterijen en accu’s bijvoorbeeld gehoorzamen niet aan de wet van Moore en zullen dat ook nooit doen. Batterijen werken volgens de elektrochemie en daar gelden andere wetten.

Als de capaciteit en de prijs van batterijen zich net zo hadden ontwikkeld als micro-elektronische chips, dan waren windmolens en elektrische auto’s al lang rendabel geweest. Helaas.

Elsevier nummer 16, 18 april 2015

Ingelogde abonnees van Elsevier Weekblad kunnen reageren.