HP onthult een doorbraak voor het ontwerpen en efficiënt fabriceren van fouttolerante chips met transistoren op nano-schaal. Dit belooft een lage uitval van geavanceerde chips in massaproductie en kan dus forse prijsverlagingen met zich meebrengen.
“We hebben een compleet nieuwe manier uitgevonden om elektronische interconnecties voor nano-circuits te ontwerpen”, zegt onderzoeker Stan Williams, directeur Quantum Science Research bij HP Labs. Hij heeft de doorbraak bereikt met collega’s Phil Kuekes, Warren Robinett en Gadiel Seroussi. De onderzoekers zijn uitgegaan van coderingtheorieën als degene die nu in gebruik zijn voor encryptie- en telecom-toepassingen, waardoor fouten getolereerd en omzeild worden.
Kruislings
Williams licht deze nieuwe toepassing van coderingtheorieën toe. Momenteel zijn die theorieën algemeen in gebruik voor digitale telefoonsystemen en sondes die de ruimte verkennen (deep space probes). “Door gebruik te maken van een ‘crossbar’-architectuur en het toevoegen van 50 procent meer verbindingen, die dienen als ‘verzekeringspolis’, is het mogelijk om nano-elektronische circuits te maken met een nagenoeg perfecte productieopbrengst.”
De ‘crossbar’, die HP Labs in februari onthulde als potentiële vervanger van de schier universele transistor, bestaat uit een reeks parallelle draden op nano-schaal die kruislings boven een andere reeks lopen. De contactpunten zijn middels elektriciteit te schakelen. Ze vertegenwoordigen dus een nul of één. Deze kruislingse koppelingen zijn relatief makkelijker te fabriceren dan de huidige combinaties van transistoren, lijnen, schakelingen en poorten. De ‘crossbar’ neemt wel meer ruimte in. Dat wordt deels gecompenseerd door de lagere complexiteit en deels door de voortgaande verkleining van chipcomponenten.
De HP-onderzoekers hebben reeds werkende prototypes ontwikkeld die transistorlijnen van dertig nanometer hebben. De hedendaagse chips zitten op negentig nanometer, en 65 is in zicht. De volgende verkleining zou die naar ongeveer 45 nanometer zijn. Over zo’n acht jaar wordt de stap naar dertig verwacht. Williams meent dat het ontwerp van toekomstige chips beperkt wordt door de precisie die nodig is om de complexiteit van de componenten te etsen. De HP-vondst ondervangt dit.
Fouten
De voorgespiegelde hoge opbrengst gaat samen met reguliere fouten. “De kans op kapotte componenten zal hoog zijn”, zegt Williams. Dat maakt echter niets uit voor de werking van de algehele chip door de aanwezige extra componenten en de mogelijkheid fouten te omzeilen.
“Chipfabrikanten moeten leren omgaan met het feit dat fouten onvermijdelijk zijn”, aldus Williams. Hij wijst erop dat de voortgaande miniaturisatie van chipcomponenten volgens de huidige productiemethodes tegen natuurkundige en economische grenzen oploopt. Materialen zijn niet langer kleiner en functioneel te fabriceren, of het productieproces wordt dermate kostbaar dat het niet meer haalbaar is.
HP’s ontwerp- en productievinding heeft ook gevolgen voor de geavanceerde apparatuur die de fabricage verzorgt: die kan aanzienlijk goedkoper zijn. HP spreekt van een factor duizend goedkoper. Dan kijkt het naar de alsmaar complexere productiemachines die toeleveranciers als ASML moeten ontwikkelen op basis van de huidige productietechnologieën.
