Je leest:

Gedroomde nanocomputer lonkt na doorbraak

Gedroomde nanocomputer lonkt na doorbraak

Auteur: | 18 februari 2011

Amerikaanse wetenschappers hebben met ultradunne nanodraadjes een computerchip in elkaar geknutseld die in staat is simpele berekeningen te maken. Zo’n chip zou wel eens de basis kunnen vormen voor een toekomstige nanoprocessor, die een nieuwe generatie kleinere computers mogelijk maakt.

De beroemde natuurkundige Richard Feynman voorspelde het al in 1959: in de toekomst zullen de elektronische onderdelen van computers slechts enkele atomen groot zijn. Nu, ruim vijftig jaar verder, lijken we een beetje in de buurt hiervan te komen. Nanotechnoloog Charles Lieber en zijn collega’s van de Amerikaanse Harvard-universiteit presenteren, samen met het bedrijf MITRE, een revolutionaire computerchip op basis van ultradunne nanodraden in het vakblad Nature.

Van onderaf

De chips in de huidige computers zijn al ontzettend klein – in de orde van micrometers, duizend keer kleiner dan een millimeter – maar steeds wordt weer gestreefd naar een formaatje kleiner. Maar met de huidige techniek om chips te maken houdt het een keer op. Momenteel worden ‘microchips’ gemaakt door met een bundel licht patronen te etsen in een plakje silicium. Door de patronen steeds nauwkeuriger te schrijven was men de afgelopen jaren in staat steeds kleinere chips te maken. Maar kleiner dan de golflengte van de bundel licht, een paar honderd nanometer, kun je niet gaan. Net als dat je met een potlood nooit een kleinere punt kunt zetten dan de dikte van het potloodpunt zelf. Om nóg kleinere chips te maken, moet je dus een andere manier vinden om ze te bouwen.

Het maken van de huidige chips. Een lichtbron schijnt door een grote versie van het patroon (een masker) en vervolgens door een lens. Hierdoor verkleint het patroon, zodat het op chip-formaat op de plaat met geleidermateriaal (meestal silicium) terecht komt.

Al sinds de jaren negentig bestaat het idee om computerchips ‘van onderaf’ op te bouwen, de zogenaamde bottom up-benadering. Door losse onderdeeltjes van enkele nanometers groot aan elkaar te monteren, zouden in theorie chips – en dus computers – met nano-afmetingen mogelijk zijn. Zo’n tien jaar geleden werden wat aansprekende resultaten geboekt op dit gebied, maar het is sindsdien vrij stil gebleven. Tot dit moment. Want de door Charles Lieber gebouwde chip blaast de ambitie van een ‘nanocomputer’ weer nieuw leven in.

De eerste programmeerbare nanoprocessor ter wereld, onder de microscoop.
Lieber group / Harvard University

Simpele berekeningen

Lieber heeft een chip opgebouwd met behulp van hele smalle draadjes. Deze nanodraadjes zijn tien nanometer dik – een paar duizend keer dunner dan een haar – en bestaan uit germanium met een omhulsel van silicium. De nanodraadjes vlocht hij als het ware samen met dunne metalen elektroden. De punten waar de nanodraadjes en elektroden elkaar kruisten, werkten als een transistor: een enkele schakeling op een chip.

Op deze manier legde Lieber een chip in elkaar met enkele honderden schakelingen, in totaal 960 vierkante micrometer groot. Dat is weliswaar groter dan wat je momenteel in je computer kunt vinden, maar volgens Lieber kun je met deze techniek in theorie naar kleinere afmetingen dan ooit met de huidige chips mogelijk is. Lieber noemt zijn chip dan ook een prototype: laten zien dat het kán. En de chip werkt, want het lukte de chip om enkele simpele berekeningen als optellen, aftrekken en vermenigvuldigen uit te voeren. Dat is nooit eerder gelukt met een ‘van onderaf’ opgebouwde chip.

Toekomstige nanocomputers zullen vooral zeer energie-efficiënt zijn en, kop hem maar in, erg klein.
Lieber group / Harvard University

Mijlpaal

De betrokken onderzoekers noemen de nieuwe chip een mijlpaal in het onderzoek naar een nanocomputer. Maar anderen zijn ook kritisch. De ontwikkeling van de moderne elektronica is de nieuw gebouwde chip zo ver vooruit in snelheid en rekenkracht, dat dit amper valt in te halen. Franz Kruepl, manager van het Amerikaanse bedrijf SanDisk, zegt op de website van Nature dat de industrie tegenwoordig miljoenen transistoren op een enkele chip kan proppen. Voordat Lieber daaraan komt zal hij het formaat van zijn chip drastisch moeten verkleinen en de betrouwbaarheid vergroten, aldus Kreupl.

Lieber erkent dat zijn nieuwe vondst moeilijk kan opboksen tegen de bestaande elektronica. Hij ziet dan ook voornamelijk kansen in het lage energieverbruik van zijn chip (honderd keer efficiënter dan de huidige chips) en – natuurlijk – de kleine afmetingen. Een nieuw soort kleine elektronica ligt in het verschiet in de vorm van kleine robotjes, sensors of medische apparatuur, denkt hij. Of dit de toepassingen zijn van de toekomstige nanocomputers zal moeten blijken. Maar laten we hopen dat we niet nog eens vijftig jaar moeten wachten tot de volgende doorbraak.

Bron:

H. Yan e.a., Programmable nanowire circuits for nanoprocessors, Nature 470 240-244 (10 februari 2011) doi:10.1038/nature09749

Lees meer over computerchips op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/computerchip/chip/index.atom", “max”=>"10", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 18 februari 2011

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.