IBM heeft een werkende computerprocessor gebouwd met 50 miljard transistors op een oppervlak ter grootte van een vingernagel. Daarmee is hij de kleinste en dichtste computerchiparchitectuur tot nu toe. Als de chip wordt ingezet in datacenters en consumentenelektronica, kan dit de enorme hoeveelheid energie die nodig is voor computers verminderen.

De computerchipindustrie vernoemt generaties chiptechnologie naar aantallen nanometers (nm), die niet verwijzen naar de daadwerkelijke grootte van de chip of onderdelen daarvan. Wel geldt: hoe kleiner het aantal nanometers, hoe dichter de transistors op elkaar zitten, en hoe sneller en zuiniger een chip is. Nieuwe commerciële apparaten gebruiken meestal 7-nm-chips of 5-nm-chips. De M1-chip van Apple in zijn nieuwste computers en de A14-chip die de huidige iPhones aandrijft, gebruiken bijvoorbeeld beide 5-nm-chips.

IBM beweert nu dat het de eerste werkende 2-nm-chip heeft gemaakt. De transistors in dit prototype zijn 12 nanometer breed; dat is slechts 24 siliciumatomen in doorsnede. Door de grootte van transistors te verkleinen, kunnen chips kleiner, sneller en efficiënter worden. Voor mobiele apparaten kan dit een langere batterijduur betekenen.

'Stress die smartwatch meet, kan ook positief zijn'
LEES OOK

'Stress die smartwatch meet, kan ook positief zijn'

Horloges die stressniveaus meten lijken nuttig, maar neem de scores niet te serieus, zegt neurowetenschapper Denise van der Mee.

Duizenden stappen

IBM zegt dat 2-nm-chips overal in kunnen worden gebruikt: van telefoons en tablets tot krachtige serverchips en supercomputers. De chips zouden 45 procent betere prestaties en 75 procent lager energieverbruik kunnen behalen dan de 7-nm-chips die tegenwoordig in productie zijn.

Steven Freear, hoogleraar elektronica en elektrotechniek aan de Universiteit van Leeds in het Verenigd Koninkrijk, zegt dat de nieuwe chips voordelen kunnen bieden die verder gaan dan energie-efficiëntie. Ze kunnen bijvoorbeeld betrouwbaarder gemaakt worden door meer veiligheid en foutcontrolelogica toe te voegen.

Mukesh Khare, vicepresident hybride clouds van IBM Research, zegt dat de prototypechip is gemaakt op het hoofdkantoor van het bedrijf in Albany in de Amerikaanse staat New York. Het proces omvat ‘duizenden stappen’ en vindt plaats in een cleanroom van 9300 vierkante meter die 24 uur per dag, zeven dagen per week in gebruik is.

IBM zegt dat de chips tegen het einde van 2024 in productie gaan. Die productie zal het bedrijf wel uitbesteden aan fabrieken elders.

Wet van Moore

Chips zoals we ze nu kennen, zijn terug te voeren tot de Bell Laboratories in de Verenigde Staten. Daar werden in 1959 transistors gemaakt door voorzichtig een stukje silicium te oxideren. Deze kleine apparaten zijn de bouwstenen van moderne elektronica. Alle vorderingen sindsdien zijn in wezen te danken aan het miniaturiseren van vergelijkbare technologie.

De miniaturisatie van chips valt onder de beroemde wet van Moore, die stelt dat het aantal transistors op een processor elke twee jaar verdubbelt. Deze wet bleek decennialang op te gaan, maar de laatste jaren vertraagt de vooruitgang op dit vlak.

Kieran Brophy van Imperial College London zegt dat het verbeterde chipontwerp op basis van de transistor de fundamentele fysieke limieten snel nadert. ‘Het is algemeen bekend dat de wet van Moore op zijn eind loopt. Je kunt niet steeds naar kleinere en kleinere schalen gaan. Je kunt de natuurkunde niet veranderen.’

De wereldwijde chipindustrie publiceert een tijdlijn met verwachte technologische sprongen in miniaturisatie, zodat bedrijven kunnen samenwerken om de vereiste productie- en testprocessen te ontwikkelen. Momenteel stelt deze routekaart dat 2-nm-chips in 2023 worden gelanceerd, waarbij bedrijven als de Taiwan Semiconductor Manufacturing Company naar verwachting in 2024 commerciële producten gaan produceren die er gebruik van maken.

De EU dringt ook aan op 2-nm-technologie en investeert 150 miljard euro in onderzoek en ontwikkeling en om productiecapaciteit op te bouwen.

Deuk in klimaatverandering

De toepassing van deze technologie zou mogelijk kunnen helpen om de klimaatverandering in te dammen, door de energiebehoefte te verminderen van de enorme datacenters die e-mail, sociale media, bankieren en videostreamingdiensten van stroom voorzien. Datacenters zoals deze zijn momenteel goed voor 1 procent van het wereldwijde elektriciteitsverbruik.

Special kunstmatige intelligentie
LEESTIP: deze special bundelt de beste verhalen over kunstmatige intelligentie uit New ScientistBestel hem in onze webshop