Campus

Chip in een dip

De vijftigste verjaardag van de chip, afgelopen vrijdag, was niet voor iedereen even feestelijk. Op dezelfde dag maakte chipfabrikant NXP Semiconductors bekend wereldwijd 4500 banen te schrappen.

“De chip verkeert in een midlife crisis”, aldus Beenakker. Haalt de chip nog vijftig jaar? Een wetenschapper, een fabrikant en een technologie-onderzoeker aan het woord.

In Nijmegen maakte voormalig Philipsdochter NXP bekend flink in te moeten krimpen. De vraag naar chips loopt terug, dus ook hun inkomsten. Op hetzelfde moment vierden TU-onderzoekers, het Innovatieplatform en een afgevaardigde van NXP in de aula van de TU Delft een feestje. Precies vijftig jaar geleden presenteerde Jack Kilby de eerste chip. Na een zomer zwoegen in het verder verlaten gebouw van Texas Instruments was het hem gelukt de eerste werkende geïntegreerde schakelaar te maken.
Vijftig jaar later is de chip bijna niet meer weg te denken. “Ieder nieuw ding heeft er een”, zegt Dimes-directeur prof.dr. Kees Beenakker. Hij opende zijn praatje op het verjaardagsfeest dan ook met de woorden: twee eeuwen chips. “Het lijkt of hij er al eeuwen is.” Dimes is het Delfts instituut voor microsystemen en nano-elektronica.
Maar het integrated circuit heeft het moeilijk. Met de woorden van Beenakker: “De chip verkeert in een midlife crisis.” Hij heeft het opgezocht op Wikipedia. Een midlife crisis is een emotionele staat van twijfel en onrust. “Rond de chip heerst een hoop twijfel en onrust op het moment. Met de industrie gaat het op het moment niet zo goed.”
Dat dat wel vaker zo geweest is, vertelt Beenakker. Hijzelf kwam in 1976 in het vakgebied en heeft de ‘puberteit en het volwassen worden van de chip’ meegemaakt. In die tijd zijn er pieken en dalen geweest. Nu, op zijn vijftigste verjaardag, zit de chip in een dip.

Radicaal
”De chip over vijftig jaar? Dan zijn we al drie keer over de kop. Technologisch gezien dan.” Aan het woord is de altijd enthousiaste mr.drs. Jan Staman, directeur van het Rathenau Instituut. Het instituut doet onderzoek naar de invloed van wetenschap en technologie op ons dagelijks leven. Vorig jaar bezocht een delegatie Japan om de gevolgen van de introductie van de radiochip (Rfid) te bestuderen. Japanners hebben er weinig moeite mee hun kinderen met zo’n chip uit te rusten zodat ouders en leraren kunnen zien waar het kind uithangt.
Staman denkt niet in termen van een midlife crisis. Volgens hem gaat het nu pas echt beginnen: “In de informatietechnologie zullen geweldige slagen gemaakt worden. De afstand tussen machine en hersenen verdwijnt, die worden gelinkt. In mijn beleving is wat sciencefiction nu oplevert de helft van wat er komt. Wat er de komende tien, vijftien jaar staat te gebeuren is al enorm. Nu pas gebeurt het, want de informatietechnologie zet alle andere technologieën in de versnelling, dat geeft een enorme en radicale ontwikkeling van technologische praktijken”.

Geweldige slagen voorziet ook Paul van Attekum van ASML, wereldleider in de productie van machines voor chipfabricage. “Over vijftig jaar gebeuren er dingen met chips die we nu niet voor mogelijk houden – de wereld zal creatiever worden”, meent de senior vicepresident strategic business development. “De chipindustrie is over vijftig jaar zo geavanceerd dat consumenten met gemakkelijk te gebruiken software zelf hun computerspelletjes kunnen maken. De ingewikkelde chips die daarvoor nodig zijn, laten ze zelf op maat maken. Of misschien is het zelfs wel mogelijk dat ze die chips zelf thuis bakken”.

Van Attekum denkt dat de industrie de komende decennia in tweeën splitst: aan de ene kant komen er de producenten die zeer geavanceerde chips maken en aan de andere kant diegenen die uiterst goedkope bulkchips maken. Ook dankzij die laatste groep zullen volgens hem veel innovaties plaatsvinden. “Op voedsel, op kleding, op alles komen chips om producten te traceren. Ook wordt het mogelijk om betaalbaar elektronisch papier te maken. Je kunt dan je krant lezen op een oprolbaar beeldscherm.”
Dat het nu even wat minder gaat met de chip, vindt Van Attekum niet zo zorgwekkend. “De chipindustrie marcheert nu minder goed doordat hij sterk gelinkt is aan de wereldeconomie. De wereldwijde vraag naar micro-elektronica is nu wat kleiner, maar dat zal wel weer bijtrekken.”
Wel denkt Van Attekum dat er wereldwijd grote veranderingen op komst zijn bij de chipfabrikanten. Een ondernemer moet volgens hem enorme financiële investeringen doen, voor hij ook maar een chip kan maken. “Het kost miljarden euro’s om zo’n fabriek te bouwen”, zegt Van Attekum. “Niet iedereen kan dat financiële risico nemen. Er zullen daardoor minder ic-fabrikanten overblijven die bulkhoeveelheden produceren.”
Om de chipsindustrie weer in een stroomversnelling te krijgen moet de industrie volgens Beenakker wat creatiever worden – better than bulk. Net als een mens met een midlife crisis zijn oplossingen heeft – een nieuw kapsel, een nieuwe motor of een nieuwe vriend of vriendin – zo heeft ook de Nederlandse chipindustrie die wel, gelooft hij. “We moeten het hebben van More than Moore”, aldus Beenakker.

De professor verwijst hiermee naar de wet van Moore, volgens welke het aantal transistors op een chip ieder jaar of iedere twee jaar verdubbelt. Deze wet beschrijft het steeds kleiner worden van de chips. Volgens Beenakker kan Nederland alleen een speler van betekenis blijven door meer functies op een chip te zetten. “We moeten ons niet puur richten op het geheugen en het brein van de mens”, vergelijkt hij. “We moeten aan toegevoegde waarde werken door ook armen, benen, neus en ogen toe te voegen.”
Dus ontwikkelt Dimes chips met armpjes die biologische cellen kunnen verplaatsen zonder ze kapot te drukken. Of nanoreactoren, waarop chemische reacties te volgen zijn. Het zijn niet zelden geheel geïntegreerde microsystemen. Niet alleen elektrotechnici bemoeien zich daarmee; het maken daarvan is een multidisciplinaire aangelegenheid. Samen met chemici, werktuigbouwkundigen en natuurkundigen heft Beenakker het glas. vol vertrouwen dat de chip de honderd jaar gaat halen.

Vooruitgang
In de toekomst kijkend, ziet Dimes-directeur prof.dr. Kees Beenakker ethische grenzen in zicht komen. Gevraagd naar de chip van 2050 antwoordt hij: “Misschien een chip die zelf kan denken. Maar wil je dat? Of een chip in je hersens waarmee iemand jou met een afstandbediening kan besturen.”
Dergelijke ethische grenzen zijn nu nog niet bereikt, meent Beenakker. “Maar er zijn al wel chips die menselijke gebreken opvangen, bijvoorbeeld een implanteerbare chip die oorsuizen vermindert. Chips komen steeds dichter bij de mens.” Vandaar dat hij het belangrijk vindt ethiek in de opleiding mee te nemen. “Het wordt allemaal veel complexer voor al die jongens en meisjes.”
Rathenau-directeur Staman organiseert veel discussiebijeenkomsten over technologie en ethiek. Maar hij heeft niet de illusie dat daar een sturende werking van uit gaat. Hij ziet technologische ontwikkeling als een autonoom proces waar geen verantwoordelijken voor zijn aan te wijzen. Staman: “We zitten opgesloten in het huis van de technologie. In dat huis moet je beslissen, maar je mag niet uit het huis. En niemand weet wie het voor het zeggen heeft.” Maar heeft discussiëren over ethiek van de techniek nog wel zin? Staman: “Burgers moeten meebeslissen over technologie omdat het anders in dat huis een grote bende wordt. De regering beslist niet over technologie, die beslist over geld. Wat er in het huis allemaal ligt en aankomt, daar heb je een regering voor nodig om te zeggen: wat moeten we daar nou weer mee? Maar dan is het er al.”

Ondergrens
“Er is inderdaad more than Moore”, zegt Paul van Attekum van ASML. Maar dat wil volgens hem niet zeggen dat de miniaturisering van de chips tegen haar grenzen loopt. “De komende vijftien jaar kunnen we de onderdelen van chips verder verkleinen door te lithograferen met licht van kortere golflengtes.”
Op dit moment wordt gelithografeerd met golflengtes van rond de 193 nanometer. Door zogenaamde phaseshifts, verdraaiingen van het licht, kunnen daarmee structuren gemaakt worden van 38 nanometer, veel kleiner dus dan de golflengte. Om nog verder te miniaturiseren zijn kleinere golflengtes nodig. Maar dat is vragen om problemen, liet Jurriaan Schmitz (hoogleraar bij het Instituut Mesa+ van de Universiteit Twente) onlangs weten in de Volkskrant. Kleine golflengtes bevatten meer energie, en die hogere energie beschadigt de chipmachines, aldus de professor.
Van Attekum meent dat je wel degelijk met kleinere golflengtes kunt werken, mits je dat onder vacuüm doet. Zijn de kleinste structuren op een chip nu enkele tientallen nanometer, tegen 2013 voorziet Van Attekum structuren van slechts vier nanometer. “Vervolgens is zelfs twee nanometer mogelijk. Daarna komt de quantummechanica om de hoek kijken.” Over de consequenties daarvan is volgens hem nog te weinig bekend. Maar zelfs dan nog is de wet van Moore niet afgeschreven. “We kunnen dan altijd nog de derde dimensie ingaan en kubusvormige chips maken. In zulke chips heb je verhoudingsgewijs minder bedrading nodig tussen de schakelaartjes.”

,

In Nijmegen maakte voormalig Philipsdochter NXP bekend flink in te moeten krimpen. De vraag naar chips loopt terug, dus ook hun inkomsten. Op hetzelfde moment vierden TU-onderzoekers, het Innovatieplatform en een afgevaardigde van NXP in de aula van de TU Delft een feestje. Precies vijftig jaar geleden presenteerde Jack Kilby de eerste chip. Na een zomer zwoegen in het verder verlaten gebouw van Texas Instruments was het hem gelukt de eerste werkende geïntegreerde schakelaar te maken.
Vijftig jaar later is de chip bijna niet meer weg te denken. “Ieder nieuw ding heeft er een”, zegt Dimes-directeur prof.dr. Kees Beenakker. Hij opende zijn praatje op het verjaardagsfeest dan ook met de woorden: twee eeuwen chips. “Het lijkt of hij er al eeuwen is.” Dimes is het Delfts instituut voor microsystemen en nano-elektronica.
Maar het integrated circuit heeft het moeilijk. Met de woorden van Beenakker: “De chip verkeert in een midlife crisis.” Hij heeft het opgezocht op Wikipedia. Een midlife crisis is een emotionele staat van twijfel en onrust. “Rond de chip heerst een hoop twijfel en onrust op het moment. Met de industrie gaat het op het moment niet zo goed.”
Dat dat wel vaker zo geweest is, vertelt Beenakker. Hijzelf kwam in 1976 in het vakgebied en heeft de ‘puberteit en het volwassen worden van de chip’ meegemaakt. In die tijd zijn er pieken en dalen geweest. Nu, op zijn vijftigste verjaardag, zit de chip in een dip.

Radicaal
”De chip over vijftig jaar? Dan zijn we al drie keer over de kop. Technologisch gezien dan.” Aan het woord is de altijd enthousiaste mr.drs. Jan Staman, directeur van het Rathenau Instituut. Het instituut doet onderzoek naar de invloed van wetenschap en technologie op ons dagelijks leven. Vorig jaar bezocht een delegatie Japan om de gevolgen van de introductie van de radiochip (Rfid) te bestuderen. Japanners hebben er weinig moeite mee hun kinderen met zo’n chip uit te rusten zodat ouders en leraren kunnen zien waar het kind uithangt.
Staman denkt niet in termen van een midlife crisis. Volgens hem gaat het nu pas echt beginnen: “In de informatietechnologie zullen geweldige slagen gemaakt worden. De afstand tussen machine en hersenen verdwijnt, die worden gelinkt. In mijn beleving is wat sciencefiction nu oplevert de helft van wat er komt. Wat er de komende tien, vijftien jaar staat te gebeuren is al enorm. Nu pas gebeurt het, want de informatietechnologie zet alle andere technologieën in de versnelling, dat geeft een enorme en radicale ontwikkeling van technologische praktijken”.

Geweldige slagen voorziet ook Paul van Attekum van ASML, wereldleider in de productie van machines voor chipfabricage. “Over vijftig jaar gebeuren er dingen met chips die we nu niet voor mogelijk houden – de wereld zal creatiever worden”, meent de senior vicepresident strategic business development. “De chipindustrie is over vijftig jaar zo geavanceerd dat consumenten met gemakkelijk te gebruiken software zelf hun computerspelletjes kunnen maken. De ingewikkelde chips die daarvoor nodig zijn, laten ze zelf op maat maken. Of misschien is het zelfs wel mogelijk dat ze die chips zelf thuis bakken”.

Van Attekum denkt dat de industrie de komende decennia in tweeën splitst: aan de ene kant komen er de producenten die zeer geavanceerde chips maken en aan de andere kant diegenen die uiterst goedkope bulkchips maken. Ook dankzij die laatste groep zullen volgens hem veel innovaties plaatsvinden. “Op voedsel, op kleding, op alles komen chips om producten te traceren. Ook wordt het mogelijk om betaalbaar elektronisch papier te maken. Je kunt dan je krant lezen op een oprolbaar beeldscherm.”
Dat het nu even wat minder gaat met de chip, vindt Van Attekum niet zo zorgwekkend. “De chipindustrie marcheert nu minder goed doordat hij sterk gelinkt is aan de wereldeconomie. De wereldwijde vraag naar micro-elektronica is nu wat kleiner, maar dat zal wel weer bijtrekken.”
Wel denkt Van Attekum dat er wereldwijd grote veranderingen op komst zijn bij de chipfabrikanten. Een ondernemer moet volgens hem enorme financiële investeringen doen, voor hij ook maar een chip kan maken. “Het kost miljarden euro’s om zo’n fabriek te bouwen”, zegt Van Attekum. “Niet iedereen kan dat financiële risico nemen. Er zullen daardoor minder ic-fabrikanten overblijven die bulkhoeveelheden produceren.”
Om de chipsindustrie weer in een stroomversnelling te krijgen moet de industrie volgens Beenakker wat creatiever worden – better than bulk. Net als een mens met een midlife crisis zijn oplossingen heeft – een nieuw kapsel, een nieuwe motor of een nieuwe vriend of vriendin – zo heeft ook de Nederlandse chipindustrie die wel, gelooft hij. “We moeten het hebben van More than Moore”, aldus Beenakker.

De professor verwijst hiermee naar de wet van Moore, volgens welke het aantal transistors op een chip ieder jaar of iedere twee jaar verdubbelt. Deze wet beschrijft het steeds kleiner worden van de chips. Volgens Beenakker kan Nederland alleen een speler van betekenis blijven door meer functies op een chip te zetten. “We moeten ons niet puur richten op het geheugen en het brein van de mens”, vergelijkt hij. “We moeten aan toegevoegde waarde werken door ook armen, benen, neus en ogen toe te voegen.”
Dus ontwikkelt Dimes chips met armpjes die biologische cellen kunnen verplaatsen zonder ze kapot te drukken. Of nanoreactoren, waarop chemische reacties te volgen zijn. Het zijn niet zelden geheel geïntegreerde microsystemen. Niet alleen elektrotechnici bemoeien zich daarmee; het maken daarvan is een multidisciplinaire aangelegenheid. Samen met chemici, werktuigbouwkundigen en natuurkundigen heft Beenakker het glas. vol vertrouwen dat de chip de honderd jaar gaat halen.

Vooruitgang
In de toekomst kijkend, ziet Dimes-directeur prof.dr. Kees Beenakker ethische grenzen in zicht komen. Gevraagd naar de chip van 2050 antwoordt hij: “Misschien een chip die zelf kan denken. Maar wil je dat? Of een chip in je hersens waarmee iemand jou met een afstandbediening kan besturen.”
Dergelijke ethische grenzen zijn nu nog niet bereikt, meent Beenakker. “Maar er zijn al wel chips die menselijke gebreken opvangen, bijvoorbeeld een implanteerbare chip die oorsuizen vermindert. Chips komen steeds dichter bij de mens.” Vandaar dat hij het belangrijk vindt ethiek in de opleiding mee te nemen. “Het wordt allemaal veel complexer voor al die jongens en meisjes.”
Rathenau-directeur Staman organiseert veel discussiebijeenkomsten over technologie en ethiek. Maar hij heeft niet de illusie dat daar een sturende werking van uit gaat. Hij ziet technologische ontwikkeling als een autonoom proces waar geen verantwoordelijken voor zijn aan te wijzen. Staman: “We zitten opgesloten in het huis van de technologie. In dat huis moet je beslissen, maar je mag niet uit het huis. En niemand weet wie het voor het zeggen heeft.” Maar heeft discussiëren over ethiek van de techniek nog wel zin? Staman: “Burgers moeten meebeslissen over technologie omdat het anders in dat huis een grote bende wordt. De regering beslist niet over technologie, die beslist over geld. Wat er in het huis allemaal ligt en aankomt, daar heb je een regering voor nodig om te zeggen: wat moeten we daar nou weer mee? Maar dan is het er al.”

Ondergrens
“Er is inderdaad more than Moore”, zegt Paul van Attekum van ASML. Maar dat wil volgens hem niet zeggen dat de miniaturisering van de chips tegen haar grenzen loopt. “De komende vijftien jaar kunnen we de onderdelen van chips verder verkleinen door te lithograferen met licht van kortere golflengtes.”
Op dit moment wordt gelithografeerd met golflengtes van rond de 193 nanometer. Door zogenaamde phaseshifts, verdraaiingen van het licht, kunnen daarmee structuren gemaakt worden van 38 nanometer, veel kleiner dus dan de golflengte. Om nog verder te miniaturiseren zijn kleinere golflengtes nodig. Maar dat is vragen om problemen, liet Jurriaan Schmitz (hoogleraar bij het Instituut Mesa+ van de Universiteit Twente) onlangs weten in de Volkskrant. Kleine golflengtes bevatten meer energie, en die hogere energie beschadigt de chipmachines, aldus de professor.
Van Attekum meent dat je wel degelijk met kleinere golflengtes kunt werken, mits je dat onder vacuüm doet. Zijn de kleinste structuren op een chip nu enkele tientallen nanometer, tegen 2013 voorziet Van Attekum structuren van slechts vier nanometer. “Vervolgens is zelfs twee nanometer mogelijk. Daarna komt de quantummechanica om de hoek kijken.” Over de consequenties daarvan is volgens hem nog te weinig bekend. Maar zelfs dan nog is de wet van Moore niet afgeschreven. “We kunnen dan altijd nog de derde dimensie ingaan en kubusvormige chips maken. In zulke chips heb je verhoudingsgewijs minder bedrading nodig tussen de schakelaartjes.”

Redacteur Redactie

Heb je een vraag of opmerking over dit artikel?

delta@tudelft.nl

Comments are closed.