De ongehoord uitdijende potentie van de chip

Door FERRY VERSTEEG

De chip, dat vitale orgaan van de nieuwe economie, draagt in combinatie met knappe software en verfijnde laseroptiek de aanzwellende informatierevolutie die het leven ingrijpender zal benvloeden dan vaak wordt vermoed. De ongehoord uitdijende chipkracht is binnen enkele jaren al terug te vinden in zakapparaatjes die het vermogen van traditionele supercomputers zullen combineren met cellulaire beeldtelefonie en een draadloze fax-modem.
Nú de maatschappij van de 21-ste eeuw voorspellen, is net zo dwaas als het in 1795 - het tijdperk van de Franse revolutie in een agrarische samenleving - zou zijn geweest om de maatschappij te beschrijven waarin Karl Marx 100 jaar later het Victoriaanse kapitalisme beschreef. Net zo dwaas als het van Marx was om toen, met 'wetenschappelijke zekerheid' nog wel, de post-kapitalistische samenleving te voorspellen waarin wij 100 jaar later leven. Nu het einde van de 21-ste eeuw voorspellen zou niet minder roekeloos zijn. Toch zijn er anno 1995 tijdens de 25-ste verjaardag van deze krant enkele duidelijke ontwikkelingen zichtbaar die vrijwel zeker de komende kwart eeuw van grote invloed zullen blijven; en die dus al wat licht kunnen werpen op de omstandigheden waaronder deze krant in 2020 Abraham zal zien. Zoals: de globalisering van de markten; de ontmanteling van de hiërarchie, de structuur die de arbeid tot ver in deze eeuw organiseerde en daaraan gekoppeld: de opkomst van meer platte, netwerk-achtige organisatievormen; en natuurlijk de opkomst van de informatie-economie die niet zozeer drijft op natuurlijke hulpbronnen en fysieke arbeid, alswel op kennis en communicatie. Anders gezegd: wij bevinden ons in het beginstadium van een nieuwe economie die in haar kern evenzeer afwijkt van haar voorganger als het automobieltijdperk van de agrarische episode. Natuurlijk, we eten nog steeds landbouwprodukten en we rijden als altijd auto. Maar de aanjager van de nieuwe economie is nu de met miljoenen minuscule transistors volgepakte chip van silicium. Die micro-mammoet draagt in combinatie met knappe software en verfijnde laseroptiek de aanzwellende informatierevolutie die het leven ingrijpender zal benvloeden dan vaak wordt vermoed. En wie dat - veranderingsmoe - probeert te negeren? Wel, die lijkt op de vroeg 20-ste eeuwse paardevriend die de oprukkende auto nukkig maar weinig kansrijk de rug toekeerde. Natuurlijk definieert niet alleen technologie de nieuwe economie. De ingrijpende verschuiving van de industrie naar de dienstensector, de producent van 'waren' die je niet (hard) op je tenen kunt laten vallen en die nu al driekwart van de mensen werk biedt, is nog zo'n opvallend kenmerk van het nieuwe terrein. Maar ook daar is de chip sterk bij betrokken. Dienstverlenende bedrijven groeien juist zo snel dankzij de exploderende informatiemogelijkheden. En die worden weer mogelijk gemaakt door de adembenemende combinatie van chipkracht en software. De chip, dat vitale orgaan van de nieuwe economie, is al zo'n kwart eeuw onder ons, eerst onopvallend maar intussen niet meer. Want zijn vermogen is sinds 1970 exponentieel gegroeid en zal dat tot in de 21-ste eeuw blijven doen. Waarom? Omdat de chip-capaciteit elke twee jaar pleegt te verdubbelen ingevolge de 'Wet van Moore". Die werd in de jaren zestig ontdekt door de Amerikaanse fysicus Gordon Moore, mede-oprichter en latere president van Intel, nog altijd 's werelds grootste en meest geavanceerde chip-producent. Moore constateerde destijds een aantal opvallende zaken: door de al minuscule verbindingen tussen de ontelbare transistors op het silicium verder met 10 procent per jaar te verkorten, kunnen chipmakers elke drie jaar een nieuwe generatie chips ophoesten; in de geheugenchips heeft dat de capaciteit van de zogeheten DRAM's (dynamic random-access memories) elke drie jaar verviervoudigd en in microprocessors heeft de toevoeging van nieuwe transistors-circuits - en de versnelling door het verminderen van de afstanden ertussen - de prestaties elke drie jaar met een factor 4 à 5 verbeterd. Na een dozijn generaties van deze verbeteringen heeft de moderne chip een bijna onvoorstelbaar vermogen gekregen. En dat wordt op steeds meer plaatsen ingezet, niet alleen in de computer maar ook in de auto, de draagbare telefoon, betaalkaart, pieper, stereo, horloge, kinderspeeltje en wat al niet. De kerstkaart die 'De herdertjes lagen bij nachte' tingelt als je 'm openvouwt en die later in het vuilnisvat verdwijnt, levert meer 'processing power' dan er voor 1950 in de hele wereld bestond. De videocamera voor thuis heeft evenveel potentie als de oude IBM-360 waarmee destijds het 'mainframe'-tijdperk werd ingeluid. En het nieuwe Saturnsysteem van spelletjesfabrikant Sega bevat een chip die potenter is dan de Cray-supercomputer die in 1976 alleen toegankelijk was voor top-fysici. Niet alleen het capaciteitsaspect van de chip-revolutie is verbijsterend, dat is ook het kostenaspect. Neem een 486-klasse personal computer, het soort dat door de buurtwinkel op de hoek wordt geleverd. De microprocessors, DRAM's en andere chips die er in zitten, bevatten ongeveer 100 miljoen transistors - minuscule schakelaars -, evenveel als er zaten in IBM's 3090 mainframe-computer in 1985. Toch is zo'n pc al voor 2000 gulden te koop. Het is onmogelijk 100 miljoen eenheden van iets anders te kopen voor zo weinig geld. Zelfs 100 miljoen velletjes wc-papier kosten enkele tonnen. Het is dit economische wonder van de vrijwel kosteloze 'computing power' die de pc-revolutie heeft ontketend, die de elektronische industrie drastisch heeft veranderd, en de informatie-economie binnen bereik heeft gebracht. Toch is de opmars van de chip eigenlijk pas net begonnen. En vergeleken met de ontwikkelingen die de komende decennia kunnen worden verwacht, zijn de huidige verworvenheden timide aanzetten. De tot nu toe geldende 'Wet van Moore' - een verdubbeling van de chipcapaciteit elke twee jaar - zal volgens Gordon Moore zelf z'n geldigheid zeker nog drie 'chipgeneraties' behouden, pakweg tot 2005. Meer optimistisch gestemde experts houden het op 4 à 5 generaties (2010). Daarna moet worden afgewacht of een aantal voorspelbare barrières in produktietechniek en kostenontwikkeling zullen worden genomen. Vast staat nu al dat er het komende decennium nog reeksen capaciteitsexplosies van de chip zullen komen. En dat die zeker de komende kwart eeuw vele aspecten van het alledaagse leven ingrijpend zullen veranderen. Neem de komst van de gigachip (een chip met een miljard transistors) die rond 2002 wordt verwacht. De capaciteit van de geheugenchip nam al toe van 1 miljoen transistors of bits (1 megabit) in 1985, tot 16 megabit nu - ofwel van 30 tot bijna 500 bladzijden getypte tekst. Maar in 2002 wordt dus die eerste gigachip verwacht met een capaciteit van een halve Encyclopedia Britannica (16 boekdelen). In 2011 zou dan de 64 gigabits-chips komen met een capaciteit van 27 complete Encyclopedia's (864 boeken). En in 2020, als deze krant zijn vijftigste verjaardag hoopt te vieren, zou de tijd rijp zijn voor de 16 biljard-bits (terabit)-geheugenchip, een micro-monster met een capaciteit van 6667 Encyclopedia's of 213.344 boeken, een volwassen bibliotheek op een paar vierkante centimeter. De ongehoord uitdijende chipkracht is binnen enkele jaren al terug te vinden in zakapparaatjes die het vermogen van traditionele supercomputers zullen combineren met cellulaire beeldtelefonie en een draadloze fax-modem. Zo voorspelt dr. Teun Swanenburg, chef multimedia-technologie van Philips. En wat waarschijnlijk nog belangrijker is: deze kleinkinderen van de huidige en nog vrij primitieve 'personal digital assistant' zullen door hun goedkoopte iedereen in staat stellen met wie of wat waar dan ook ter wereld mondeling en visueel te communiceren. De computer wordt behalve voor 'computing' dus ook steeds meer gebruikt voor communicatie en coördinatie - van het verwerken van orders en het bijhouden van voorraden tot het afhandelen van financiële administratie en complexe logistiek. Het al redelijk uitgedunde slag van routine-kantoorwerkers zal zich zonder meer op herscholing moeten blijven bezinnen. ,,Omdat computers de neiging hebben routinewerkers te vervangen en het aantal kenniswerkers te laten groeien, veranderen zij ook de relatieve voor-en nadelen van de verschillende organisatievormen'', aldus prof. Erik Brynjolfsson van het MIT in Boston. ,,Routinewerk is goed georganiseerd in grotere hiërarchische bedrijven. Innovatie en kennis-gerelateerde bedrijvigheden gedijen beter onder de prikkels van kleinere en meer horizontaal opgezette ondernemingen.'' Vraag het de horden jeugdige miljonairs van Microsoft. Of informeer bij Percy Barnavik, topman van 'engineering'-gigant ABB, die het kleinbedrijf binnen zijn mammoetbedrijf stimuleert. Dr. Swanenburg van Philips Multimedia-research verwacht in de niet te verre toekomst veel van de 'zelflerende' computer, een apparaat dat zichzelf door gebruik verbetert. Auto's krijgen binnen niet al te lange tijd radar-chips die botsingen met voor- en achterliggers moeten voorkomen en aangeven of veilig van baan kan worden gewisseld. En wat te zeggen van diagnostische chips waarmee de auto helpt zichzelf te repareren. Veelbelovend is ook het 'natural-computing'-concept, ofwel het uitrusten van computers met menselijke eigenschappen als spraak, gehoor en zicht. De achterliggende idee moet menig alfa-figuur euforisch stemmen: het voor altijd beëindigen van de technologische tirannie. Anders gezegd: machines zullen niet langer dicteren hoe mensen ze moeten gebruiken maar zich via hun 'zintuiglijke bekwaamheden' aanpassen aan de meer of minder handige gebruiker. Wat het massagebruik en de drukte op de 'informatie-snelweg' beslist zal prikkelen. De eerste barrière die waarschijnlijk zal vallen, is die van de spraakherkenning. ,,Over 10 à 15 jaar hebben we een handcomputer die gewone spraak verstaat en vlekkeloos antwoordt'', voorspelt een zegsman van AT&T. ,,En over 20 à 25 jaar is er waarschijnlijk een zaktelefoon die zorgt voor een simultaan-vertaling tijdens een gesprek tussen twee partners die verschillende talen spreken. Nu hebben we nog een kastvol apparatuur nodig om te kunnen stoeien met een paar honderd woorden.'' Toch kunnen de meest vergaande computer- en software-trucs buiten bereik blijven, tenzij de chip-industrie - nu nog elke twee jaar gewend aan een capaciteitsverdubbeling - enkele toekomstige obstakels weet te nemen. ,,Wij worden bij onze produktie geconfronteerd met twee toekomstige beperkingen'', zegt Roel Kramer, managing director en chief technical officer van Philips Semiconductors, de huidige goudmijn van het Eindhovense concern. ,,Allereerst hebben we een kostenprobleem. Een standaard-chipfabriek kost nu 2 miljard gulden en in 2000 zitten we al op het dubbele.'' Dit probleem is volgens Kramer niet zozeer op te lossen als wel te verzachten en uit te stellen. Bij voorbeeld door meer samenwerking. Dat doet Philips op het terrein van 'logic chips' met het Franse Thomson. En Philips' voormalige partner Siemens duikt nu verder met IBM in de geheugenchips. Daarnaast geloven ingewijden dat er door simpele rationalisatie nog een vijfde tot een kwart van de (chip)produktiekosten af kan. Vele andere kostenbesparende alternatieven worden onderzocht. Neem het Japanse NEC dat werkt aan een geheel convertibele fabriek die snel geschikt kan worden gemaakt voor de produktie van nieuwe chip-generaties zodat investeringen met 30 procent omlaag kunnen. Het radicaalste idee komt van Texas Instruments dat onder contract van het Pentagon een proeffabriek heeft opgezet die in vakkringen bekendheid geniet als MMST. Die probeert het hele produktieproces van microchips helemaal opnieuw uit te vinden. Onder meer door grote siliciumschijven om beurten te bewerken in plaats van twee dozijn kleintjes tegelijk. Dat kan volgens projectleider Robert Doering van MMST besparingen opleveren tot 85 procent. Behalve het 'kostenprobleem' signaleert Roel Kramer ook enkele technologische hobbels die - ingeval nieuwe technische doorbraken uitblijven - de razendsnelle chipontwikkeling en daarmee de 'Wet van Moore' over 9 à 15 jaar zullen gaan blokkeren. Allereerst is er het 'lichtprobleem'. Microchips worden gemaakt door met fotolithografische apparatuur minuscule details op een schijf (wafer) silicium te etsen. Het licht schijnt dan door een masker - waarop het patroon van de gewenste chipstructuur staat - op zo'n schijf silicium die met lichtgevoelig materiaal is behandeld. De meest geavanceerde apparatuur kan nu details van 0.35 micron (een micrometer is éénduizendste millimeter) op de siliciumschijf etsen. Roel Kramer: ,,We kunnen de afstand tussen transistors op een chip nog wel wat verder verkleinen tot zo'n 0.25 micron maar daarna ontstaan grote problemen. Dan zitten we namelijk tegen de golflengte van het licht aan.'' Volgens de technische chef van Philips' chipdivisie is dat probleem uit te stellen door gebruik te maken van licht met een kortere golflengte, het zogeheten dunne ultra-violette licht waarmee omstreeks 2004 nog lijntjes van 0.15 micron op het silicium kunnen worden geëtst. Verder worden proeven genomen met röntgen- en elektronenstralen die nog kortere golflengten hebben. Maar de economische levensvatbaarheid daarvan is nog lang niet aangetoond. Kramer: ,,Beneden de 0.10 micron-barrière, die we omstreeks 2008 bereiken, ziet niemand 't nog zitten.'' Een tweede technisch probleem dat nu al speelt en gaandeweg zal verergeren, is de hittevorming. Op een chip worden zoveel transistors op een kleine ruimte samengeperst, dat de temperatuur gaat stijgen. Dit probleem kan door koeling worden uitgesteld maar wordt waarschijnlijk ook kritisch als omstreeks 2008 de 0.10 micron-grens is bereikt. Onderzoekers hopen dat de ontwikkeling van een 'quantum-transistor', die het werk doet van reeksen modale transistors, een uitweg uit het hitte-probleem zal bieden. Bedrijven als Hitachi en Texas Instruments speuren al in die richting. Toch is een technologische oplossing allerminst gegarandeerd, zeker niet als het kostenaspect erbij wordt betrokken. ,,Maar al zouden we over een jaar of 10 tot 15 met de chipproduktie in een meer stabiele situatie raken, dan zou dat geen ramp zijn'', oordeelt Roel Kramer. ,,Want je ziet dat intelligentie en toegevoegde waarde steeds meer verschuiven: van componenten naar het combineren van componenten; en van het maken of, zoals wij zeggen, bakken van chips naar het ontwerpen van steeds ingenieuzer chips. Dat worden steeds meer heterogene en complexe systemen met vele combinaties, kortom bolwerken van kennis en intelligentie op een klein schijfje silicium.'' Kramer vult aan: ,,Wat betreft de toepassing van het nu al ontwikkelde chipvermogen staan we pas aan het begin.'' Daar komt volgens chip-technicus Kramer nog wat bij: ,,Ik kan me goed herinneren hoe wij 20 jaar geleden ook tegen barrières aankeken die we uiteindelijk wisten te doorbreken. Dat wil niet zeggen dat ons dit in de toekomst weer zal lukken. Maar het geeft natuurlijk wel hoop. Zoals de verbrandingsmotor hoort bij het industriële tijdperk, vormt de chip het hart van het informatietijdperk. En ik denk dat 'ie dat de komende 25 jaar en nog lang daarna zal blijven.''

NRC Handelsblad, 30 September 1995