Het is zo groot als een vingernagel.
En binnen dat kleine stukje silicium zitten bijna 100 miljard transisters. Geen miljard. Geen tien miljard. Bijna het dubbele van de dichtheid van elke eerdere state-of-the-art chip. IBM noemt dit hun prototype van 0,7 nanometer, hoewel het al een beetje een leugen is om het ‘0,7 nm’ te noemen, een marketingafkorting voor iets dat veel vreemder is dan alleen maar klein.
De oude regels gelden niet meer.
Zestig jaar lang jaagde de industrie op kleiner. Verklein de transistor. 10 nanometer, dan 5, dan 2. Kleiner betekende dichter, sneller en goedkoper vermogen. Simpele logica. Maar we liepen tegen een muur aan. Een natuurkundemuur. Huiming Bu, een onderzoeker bij IBM, zegt het ronduit: die maatnamen? Ze zijn nu losgekoppeld van de realiteit. “0,7 nm” is geen fysieke meting. Het is een etiket. Een merk.
De daadwerkelijke doorbraak krimpt niet horizontaal. Er wordt verticaal gebouwd.
“Onze hele industrie is al ruim zestig jaar bezig met schaalvergroting… in de X- en Y-as. Het is de eerste keer dat we schaalvergroting in de Z-richting mogelijk maken.”
Stel je voor dat twee lagen werkende 2-nm-chips (het soort waar Apple al naar uitkijkt voor de volgende iPhone) op elkaar zijn gestapeld. Klinkt eenvoudig, toch? Probeer miljarden draden tussen die lagen aan te sluiten zonder het silicium te smelten of een koellichaam te creëren dat water kookt. IBM beweert dat ze het hebben gedaan. Ze ontwikkelden een manier om twee lagen te verbinden die de elektrische verbindingen verzorgen, koel blijven en daadwerkelijk in massa kunnen worden geproduceerd. Vijftien jaar ontwikkeling voor één proces.
Waarom kan het iemand iets schelen?
Omdat de wet van Moore aan het sterven is, of op zijn minst hevig bloedt. Je kunt niet zomaar meer sap uit plat silicium persen. Je moet het stapelen.
IBM belooft dat dit wonder van 10×15 millimeter 50% performanter en 70% energiezuiniger zal zijn dan de huidige leiders. Commerciële apparaten? Misschien. Over tien jaar hopen ze. Tien jaar is een eeuwigheid in de technologiesector, langer dan sommigen van ons huur hebben betaald.
De routekaart is opgesteld door IMEC, het Belgische onderzoeksteam dat fungeert als de VN voor chipmakers. De stack van IBM past in hun tijdlijn. Anderen zullen waarschijnlijk volgen. Het is voor elk bedrijf te duur om alleen op de toekomst te gokken.
Maar het is rommelig. Echt rommelig.
Owen Guy, natuurkundige aan de Universiteit van Swansea, denkt dat het hele veld een circus aan het worden is. Andere fabrikanten beweren vergelijkbare dichtheden, maar ze spelen vals: ze gebruiken dikke substraten om lagen van elkaar te scheiden, waardoor echte 3D-connectiviteit onmogelijk wordt. Moeilijk te koelen, moeilijk aan te sluiten. Rook en spiegels.
We gaan nu tegen de wetten van de natuurkunde in.
Sommige delen van de nieuwe chips van IBM zijn vijftien atomen dik. Dat is klein. Stroomlekkage, kwantumvreemdheid, thermische explosies die op komst zijn. Guy wijst erop dat krimpende transistors je laptop niet meer kleiner maken. Hierdoor gaat hij langer mee op de batterij. Het bespaart energie in datacenters. Dat is nu het spel. Efficiëntie, niet draagbaarheid.
Dan is er de nachtmerrie van de productie.
Chips worden gesneden uit wafers van 300 millimeter, die biljoenen transistors bevatten, in batches gesneden. Het toevoegen van IBM’s ongeteste Z-asstapel aan dit ballet van precisie is… ontmoedigend. De machine voert duizenden handelingen uit, waarbij isolatie en chemicaliën worden aangebracht, gemeten in atomen. Breek de stroom, breek de mondiale toeleveringsketen.
Is het de hoofdpijn waard?
IBM zegt ja. De rest van de wereld zal er snel genoeg achter komen. Of misschien niet. Sommigen dromen van chips van 0,2 nanometer. Eén atoom breed. Eén elektron bestuurt het circuit. Dat is de ultieme grens. We zullen dit waarschijnlijk pas in 2050 bereiken, en tegen die tijd zal klassiek silicium zich volledig hebben overgegeven aan de kwantummechanica.
Tot die tijd stapelen we.
