De Wet van Moore werd 36 jaar geleden bedacht door Gordon Moore, medeoprichter van Intel. Deze wet beweert dat het aantal transistors op een processor elke 18 tot 24 maanden verdubbelt en dat kracht van de processor steeds verder toeneemt voor hetzelfde geld.

Op een conferentie in het Japanse Kyoto maakte IBM eerder dit jaar bekend dat het de structuur van silicium (silicium is een belangrijk onderdeel van chips) zodanig veranderd had dat het de snelheid van halfgeleiders zou opvoeren met 35 procent.

'Strained Silicon' wordt het nieuwe type silicium genoemd. Er wordt al meer dan tien jaar aan gewerkt en het draait om de manier waarop de atomen binnen een afgebakend gebied op de chip gerangschikt zijn.

IBM koos er voor silicium bovenop een onderlaag van silicium en germanium te plaatsen. De atomen van de onderliggende laag liggen verder uit elkaar dan de atomen van puur silicium die er bovenop liggen. Hierdoor kan de afstand tussen de atomen binnen de transistor worden vergroot met als uiteindelijk gevolg dat de atomen zich efficiënter gedragen en minder nutteloos rondzweven. Als gevolg hiervan ontstaat er volgens IBM minder weerstand en stromen de elektronen 70 procent sneller rond. Een snelheidsverbetering van 35 procent zou hiermee behaald kunnen worden de komende jaren.

Deze nieuwe productietechniek kan volgens IBM als vervanging dienen voor de huidige methode om de snelheid van de processors op te voeren: het steeds kleiner maken van de afstand tussen de verschillende transistors op de chip.

Volgens Philip Wong, een senior manager bij IBM, is het mooie dat chips gebaseerd op 'strained silicon' gewoon geproduceerd kunnen worden met de bestaande technieken. De nieuwe chips zullen volgens hem al in 2003 gebruikt kunnen worden voor high-end servers en routers.

In labtesten heeft IBM de snelheid van de nieuwe chips weten op te voeren naar 210 GHz. Tegelijkertijd werd er 50 procent minder energie verbruikt dan het geval is met de huidige processors. Volgens IBM is het heel goed mogelijk dat binnen een aantal jaren chips geproduceerd zullen worden die met gemak 100 GHz halen.

Intel

IBM was niet het enige bedrijf dat dit jaar met 'spectaculair nieuws' over processors kwam. Intel, chipfabrikant bij uitstek, demonstreerde dat het in staat is gebleken de silicium transistors nog verder te verkleinen dan menigeen, waaronder Gordon Moore, voor mogelijk had gehouden. De nieuwe transistors zijn 20 nanometer breed. Vandaag de dag is een breedte van 250 nanometer gebruikelijk voor transistors. Ter vergelijking: een gemiddelde mensenhaar is 60.000 nanometers breed.

Intel beweert nu dat het met deze techniek mogelijk is processors te produceren die draaien op een snelheid van 1500 GHz. Daarbij komt dat ze duizend keer minder energie gebruiken dan een Pentium 4 processor.

Net als bij de techniek van IBM is het volgens Intel mogelijk deze nieuwe chips met bestaande apparatuur te produceren. Vanaf 2007 moeten de chips op de markt komen.

Opvolgers van silicium

Ondanks het positieve nieuws dat de Wet van Moore er nog heel wat jaren tegenaan kan, ziet het er naar uit dat silicium op een gegeven moment toch zijn langste tijd heeft gehad. Er komt een moment dat het niet meer lukt om de vele transistors op een klein stukje metaal te proppen zonder dat er hitte-problemen of elektrische lekkages optreden. Intel en IBM hebben aangetoond dat het eind van de CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)-techniek uitgesteld kan worden. De vraag is hoe lang nog.

Een van de kanshebbende technieken om als opvolger van CMOS/silicium te dienen, is koolstof nanotube. De naam is ontleend aan de drie eigenschappen die het heeft: het materiaal (koolstof), de grootte (1 tot 3 nanometer in diameter) en de vorm (een soort kokervorm -tube-). Nanotubes zijn licht en sterk tegelijkertijd, kunnen goed overweg met hitte en geleiden elektriciteit beter dan koper (waar nu gebruik van wordt gemaakt).

Nanotubes bieden zo op het eerste gezicht ongekende mogelijkheden. Echter, het blijft nog steeds wel moeilijk de verschillende onderdelen goed samen te laten werken.

Sommige wetenschappers denken dat het mogelijk is nog voor 2004 chips te produceren op basis van de nanotube-technologie die 16 keer sneller zijn dan de chips die we nu gebruiken. Anderen delen die mening allerminst. "Het ziet er niet naar uit dat we het op korte termijn voor elkaar krijgen om nanotubes goed werkend te krijgen", zegt Dmitri Antoniadas, directeur van Microelectronics Advanced Research Center van MIT. "Ik denk dat we dan eerder aan 2015 moeten denken."

Moleculaire chips

In 1999 slaagden onderzoekers aan de Yale University en Rice University erin om schakelaars en geheugenelementen te creëren door organische moleculen zodanig te veranderen dat elektronen vastgehouden worden. De eerste proeven waren veelbelovend. De moleculen zouden zelfs in staat zijn zelfstandig een bepaalde configuratie aan te nemen en zichzelf te assembleren.

Zulke chips zouden duizend keer sneller kunnen zijn dan de chips die met de huidige technieken gemaakt worden. En dat geldt niet alleen voor processors. Ook geheugen zou een snelle ontwikkeling door kunnen maken dankzij deze techniek. "De combinatie van kleine oppervlaktes en de mogelijkheid van zelfassemblage biedt ongekende mogelijkheden", zegt Mark Reed, ingenieur en professor aan Yale University. "De uitdaging is het verkleinen van de 'schakelaartjes' op een chip op moleculair niveau."

Onderzoekers denken dat binnen tien jaar de eerste hybride silicium en moleculaire computers op de markt zullen verschijnen