Chips: je ziet ze niet, maar ze zitten overal in. Het boek Chips neemt je mee in de historie van halfgeleiders en in het geopolitieke gedoe dat is ontstaan rond de producenten van chips en de machines die ze maken.
Het nieuwe boek Chips. Hoe digitale technologie de wereld verandert van Jan Rabaey en Pieter Van Nuffel is een mustread voor iedereen die belangstelling heeft voor computerchips en beter wil begrijpen welke belangrijke rol integrated circuits spelen in de wereldeconomie en geopolitiek.
De auteurs werken bij het Belgische onderzoekscentrum imec, Rabaey als chief technology officer voor system technology cooptimization en Van Nuffel als pers- en wetenschapsvoorlichter. Deze combinatie van auteurs heeft een boeiend boek opgeleverd, dat helder de geschiedenis van computerchiptechnologie schetst.
Weefgetouwen
Het knappe is dat de auteurs ook af en toe minder bekende verhalen opdissen. Wist u bijvoorbeeld dat we de voorvader van de computer, de ‘analytische machine’ van Charles Babbage, te danken hebben aan de automatisering van weefgetouwen begin negentiende eeuw? De Fransman Joseph-Marie Jacquard had bedacht om weefgetouwen aan te sturen met kartonnen kaarten waarin gaatjes waren gestanst. Deze ponskaarten bleken ook geschikt om de machine van Babbage te programmeren en verschillende rekentaken te laten uitvoeren.
Ene Ada Lovelace zag daar al snel de poëzie van in, aldus de auteurs. Zij schreef: ‘De analytische machine kan algebraïsche patronen weven zoals een jacquardgetouw bloemen en bladeren.’ Lovelace raakte bevriend met Babbage en werkte mee aan de ontwikkeling van de revolutionaire machine. Tegenwoordig staat zij bekend als de eerste computerprogrammeur.
Dit verhaal stond in De Ingenieur van juni 2024. Interessant? Neem eens een proefabonnement van drie nummers voor 25 euro.
Een verbouwde microscoop
Andere anekdote: we hadden vandaag de dag nooit de complexe chips gehad met miljarden transistoren erop, als eind jaren vijftig van de vorige eeuw Kodak niet de fotolak had uitgevonden, een materiaal dat verandert als er licht opvalt. Het bracht een ingenieur van Texas Instruments op een baanbrekend idee toen hij door een microscoop naar een transistor keek. Een microscoop gebruikt lenzen en een lichtbron om een klein object groot af te beelden, maar wat, dacht hij, als ik dat nu omdraai om steeds fijnere structuren op chips te krijgen. De ingenieur verbouwde zijn microscoop, zodat hij grote patronen in het klein kon projecteren. Hij kocht wat fotolak van Kodak en smeerde die op een stukje germanium, een populaire halfgeleider in die tijd. Zo slaagde hij erin een patroon op het germanium te creëren en was de fotolithografie geboren.
‘Het grote voordeel van fotolithografie is dat je zeer complexe patronen in één keer kunt overbrengen; daardoor is het vandaag de dag mogelijk om miljarden transistoren tegelijkertijd te definiëren’, schrijven Van Nuffel en Rabaey. Er is een rechte lijn te trekken naar de fotolithografiemachines van ASML, die anno 2024 een centrale plek innemen in de chipfabrieken in Taiwan, Zuid-Korea en de Verenigde Staten.
Het lithografieproces is vele malen ingewikkelder geworden, maar in de grond bestaat een ASML-machine nog steeds uit deze basisonderdelen: dia, optica en halfgeleider met een laagje fotogevoelige lak erop.
In het centrum van de wereldpolitiek
Behalve terugblikken op de geschiedenis van halfgeleiders en hoe die onze maatschappij op de kop hebben gezet, kijkt het boek Chips ook vooruit. Halfgeleidertechnologie staat sinds een paar jaar in het centrum van de wereldpolitiek en we zitten nu in het tijdperk van de grote veranderingen. ‘De coronapandemie confronteerde iedereen die een laptop, spelcomputer of auto wilde bestellen met extreem lange wachttijden’, lezen we.
De coronapandemie bracht kwetsbaarheden in de toeleveringsketens van chips aan het licht. ‘Taiwan maakt 11 procent van alle geheugenchips en meer dan de helft van alle rekenchips.’ Het is geen geheim dat het grote China aanspraak maakt op Taiwan, maar tegelijk zou een invasie of het afknijpen van de chipindustrie van het eiland desastreus zijn voor de wereldeconomie. In deze gespannen situatie is het onvermijdelijk dat landen minder afhankelijk willen worden van de Taiwanese chips.
Over de miljardeninvesteringen van de Verenigde Staten en de Europese Unie in eigen chipfabrieken gaat het laatste deel van het boek. Daarbij blijft samenwerking over de grenzen heen onontbeerlijk, menen de auteurs. ‘Het komt erop aan voort te bouwen op elkaars expertises om het hele ecosysteem naar een hoger niveau te tillen.’
Chips. Hoe digitale technologie de wereld verandert
Jan Rabaey en Pieter Van Nuffel
192 Blz.
€ 19,99
Dit artikel verscheen eerder in het juninummer 2024 van De Ingenieur.
Openingsbeeld: Plak silicium waarop honderden chips-in-wording te zien zijn. Foto: imec
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.