Creatief met zand

Intel zet toekomstige chipontwikkelingen uiteen

Haalt de wet van Moore het jaar 2045? Nog eens veertig jaar erbij is wat al te optimistisch, maar Intel heeft nog wel pijlen op zijn boog om huidige chips van silicium (voortkomend uit zand) te verbeteren.

Slimme splinters De massale aandacht voor de wet van Moore gaat momenteel ten koste van de veelheid aan onderzoeksprojecten die in Intels laboratoria lopen. Het project 'Mote' bijvoorbeeld, dat het best te omschrijven valt als onderzoek naar 'slimme splinters'. Het doel is piepkleine 'motes' (splinters of stofdeeltjes) te ontwikkelen die lokale verwerkingskracht paren aan een brede reeks sensoren (temperatuur, druk enzovoort). Die splinters kunnen dan spotgoedkoop en in enorme hoeveelheden worden gemaakt voor verspreiding in grote meetgebieden als een bos of een mensenlichaam. Vervolgens structureert de verzameling deeltjes zich tot een draadloos netwerk voor de overdracht van de data naar de buitenwereld (inclusief informatie waar de motes zich bevinden). Intel heeft al functionele prototypes getest in een vogelpopulatiestudie (http://www.greatduckisland.net) en prototypes ter grootte van een vijftig eurocent munt ontwikkeld. Later hoopt het concern een complete 'mote' te kunnen etsen op een klein stukje silicium. Die zijn bestemd voor gebruik in onder meer de landbouw, industrie en medische sector.

Wellicht de grootste zorg is dat de commerciële grenzen van de wet van Moore (bijvoorbeeld te hoge temperaturen, wat in grote omgevingen leidt tot te dure vloeistofkoeling) sneller wordt bereikt dan de limieten die de wetten van de fysica opleggen. Intel ontkent dit echter via technology education manager Markus Weingarter. Juist door het groeiende aantal transistoren, zoals Moore's wet beschrijft, kan je steeds meer daarvan besteden aan de controle van het energieverbruik.
"Een processor met 1,7 miljard transistoren op 90 nanometer verbruikt minder stroom", rekent Weingarter voor. "Met een dergelijke hoeveelheid transistoren kan je meer dan een miljoen daarvan besteden aan energiebeheer. Dat zijn meer transistoren dan vroeger een complete processor telde."

Fundamenteel

Daarnaast rekent Intel op een langere geldigheid van Moore's wet door een aantal fundamentele chip- en transistorverbeteringen die de komende paar jaar de sprong van lab naar productie moeten maken. In het 90 nm-technologie productieproces maakt het concern al gebruik van 'strained' silicium, waarbij het materiaal wordt behandeld om een vlottere doorstroming van de elektronen mogelijk te maken. Daarnaast zorgt Intels 'high-K metal gate'-technologie dankzij een betere isolatie in de transistor voor een hogere schakelsnelheid.
Verder moet over enkele jaren een geheel nieuw type verschijnen, waarbij de transistor niet meer 'vlak' maar in de hoogte wordt opgebouwd. Bij Intel neemt dit de vorm aan van een transistor met drie 'gates'; een 'tri gate field effect transistor'. Door het ontwerp in de hoogte biedt de transistor de stroom elektronen meer ruimte, wat tot betere prestaties of minder lekkage moet leiden. Volgens Intel zou dit type transistor in 2007 zijn opwachting kunnen maken in het 45 nm-technologie productieproces, wat voor dat jaar gepland is. Daarna kijkt ook Intel naar de mogelijkheden van 'nanotube'-gesteunde transistoren. Kortom: "Als cmos (complementary metal oxide semiconductor, red.) aan zijn eind komt, hoeft dat niet het eind van Moore's wet te betekenen."
Intel stelt dat het voorloopt op het gebied van productieprocédés. Eind dit jaar komen er processoren in 65 nm-technologie. Uiteindelijk is de productie-expertise doorslaggevend voor het rendement en vaak ook de winst. Weingarter claimt daarnaast dat het concern momenteel beschikt over bijna tien keer meer productiecapaciteit dan zijn concurrenten samen. De onderneming mag op die punten niet verslappen, want ook de concurrentie spant zich enorm in. Bovendien zijn ontwerp- en productieperikelen zoals Intel die het afgelopen jaar ondervond niet altijd te vermijden.

Voorbij transistors

Tegelijkertijd werkt Intel aan een tweede verdedigingslijn voor als de wet van Moore niet meer opgaat door chips met twee of meer processorkernen te ontwikkelen. Dat geldt voor alle processorfamilies, van de Itanium tot en met de processoren in mobiele systemen, met toekomstschetsen die verder dan 2006 reiken. Na dat jaar verwacht het concern onder andere dat het verschillende chips in dezelfde behuizing kan onderbrengen, waarbij het wijst op zijn ervaring met zijn 'stacked chip scale package'-technologie.
Enkele maanden geleden heeft Intel onthuld dat het 'continue lasers' in silicium kan bouwen. Dat biedt mogelijkheden voor snelle optische interconnectie tussen (sub)systemen onderling, tussen chips en systemen, en tussen chips onderling. Bovendien kan zo'n laser ook lichtbundels in verschillende golflengtes produceren, wat mooie toepassingen belooft in bijvoorbeeld de telecom- en medische wereld. Op medisch gebied vermindert dat de behoefte aan een gespecialiseerde laserinstallatie per specifieke therapie.
De afgelopen maanden heeft het concern een heleboel technologieën aangekondigd die de totaalcapaciteit van een door Intel gesteund systeem moeten verhogen. Naast Hyperthreading (HT) omvat het rijtje ook 'extended memory' (EM64T, de 64-bit geheugenextensies), 'active management' (AMT, voor een beter systeembeheer), 'I/O accelerator' (I/OAT) en 'virtualisatie' (VT). Berichten over het eind van de wet van Moore zijn dan ook voorbarig, stelt Intel, dat voor deze boodschap zelfs een trip naar de moederschoot van alle chips, de zandwoestijn, over had.