I årtier er det lykkedes ingeniørerne at fordoble computernes ydeevne cirka hvert andet år. Fænomenet kaldes Moores lov og har ført til pc'en, mobiltelefonen og internettet. Nu står tre nye chipteknologier klar til at holde Moores lov i live mindst 30 år endnu. F
or 36 år siden spåedeen for nu bare at nævne nogle af af grundlæggerne af de teknologiske nyskabelser, klodens i dag førende der har haft størst betydning. chipfirma Intel. at computerchippensfantastiskeudvikling Silicium skabte succes ville revolutionere verden. Nøglen til succesenhar været Chipteknologien var knap ingeniørernesevnetil at klemnok opfundet, så den dengang me stadigflere transistorerind ukendte ingeniørsvilde vision på de små firkantede chips af om, at chipkapacitetenvil bligrundstoffet silicium. Hvor ve fordoblet cirka hvert andet hver transistor i 1970 typisk år mange år frem. blev mødt målte 10mikrometer (0,01milmed stor skepsis. limeter), er de i dag nede på I dag ved vi, at Gordon E. under 200 nanometer (0,0002 Moore fik ret i sin spådom.og millimeter). Og sidste år viste at den lovmæssighed.der nu Moores egetfirma, Intel, billeblot kaldes for Moores lov. der af en transistor på kun 20 ganskerigtig førte en revolu- nanometer - 5000 gangemintion med sig.Uden den ville vi dre end et menneskehår. i dag hverken have haft pc'er, Hver gangudviklingen har mobiltelefoner eller internet. været lige ved at gå i stå,er det
lykkedes at finde på nye tekniske fif. der kunne gøre transistorerne endnu mindre. Men nu er chipteknologien ved at nå den fysiskegrænse for. hvor små de velkendte typer af transistorer kan blive. Hvis Moores lov skal fortsætte. skal der helt nye typer af transistorer på banen. Chips laves i dag af siliciumskiver påført ultratynde transistorer og ledningsbaner af metal. Når disse komponenter i de kommende år skrumper yderligere.bliver de så små. at elektronerne i den elektriske strøm begynder at åbenbare deres uregerlige kvantemekaniskeegenskaber: Så holder de sig ikke længere
på de planlagte steder. men begynder at springe uberegneligt rundt på chippen. Elektronernes natur sætter dermed en grænse for formindskelsenaf transistorerne.
Lyschipsuden varme Heldigvisstår der efterhånden hele tre teknologier klar til at tage over efter de siliciumchips,som har tjent os sågodt En af dem er chips baseretpå lys i stedet for strøm. Hvor elektronerne i nutidens chips konstant støder ind i ledningsbanernesmetalatomer og afsætter deres energi som varme, så kan lyspartikler - fotoner - bevæge sig kilometer efter kilometer i
I 30 år har computerchips af grundstoffet silicium udgjort rygraden i den teknologiske udvikling. Nu står en række helt nye chipteknologier snart klar til at fortsætte succesen.
3,1 millioner blev det til med den første Pentiumprocessor. Verdensførste ægte computerchip,Intel 4004,havde blot 2300 transistorer.
1970 ~4
1975 Af Dan Frederiksen
1980
IS år senere vor tallet lOD-dobletti/275.000 transistorer (Inte/ 386). 1985
1990 Illustreret Videnskab nr. 3/2002
i
glas uden at afsætte varme. Med lys i chipsenei stedet for elektrisk strøm kan man derfor i teorien pakke milliarder af transistorer på et ekstremt lille område og samtidig drive dem ved megethøje hastigheder. Når transistorerne ikke bliver varme, kan man pludseligogsålæggetransistorerne i mange lag oven på hinanden, uden at chippen smelter ned. Med en tredimensional pakning af optisketransistorer i fx 1000 lag kan Moores lov fortsætte i en rum tid endnu.
Chips uden modstand Når vi ikke for længst har fået lyschipsi pc'en,skyldesdet, at man hidtil ikke har haft en ordentlig optisk transistor, Men sidste år lykkedes det kemikeren Larry Dalton fra University of Washington at fremstille en egentlig optisk transistor, Den er lavet af indiumfosfid og fylder en millimeter på hver led, Ikke just mikroskopisk. men o.k" hvis man tænker på. at de første elektrisketransistorer fra 1947 var på størrelsemed fingerbøl. En anden kandidat er superledendeelektriske chips. der benytter sig af. at elektro-
"Mikrochips vil føre til vidundere som hjemmecomputere og personligt håndholdt
kommunikationsudstyr .H
SPÅDOM FRA GORDON MOORES BERØMTE ARTIKEL FRA 1965
neme i vissestoffer ved meget lave temperaturer knytter sig sammen to og to, så de når en kvantemekanisk tilstand. hvor de kan bevæge sig rundt i chippens ledningsbaner helt uden modstand. Det sparer energi og sætter hastigheden voldsomt i vejret. Superledende chips af niobium bruger fx 100) gangemindre energi end siliciumchips, er 100 gange hurtigere, og de kan pakkesså tæt. det skal være,uden hedeslagog kortslutning. Sidsteår sendtedet amerikanske firma Hypres de første kommercielle superledende chips på markedet. De fungerer ved eIlfrekvens på 50 milliarder taktslag per sekund
(GHz) - 25 gangehurtigere end den nyeste Pentium 4processoraf siliåum fra Intel.
Molekylærchips Superledendeog optiske chiPs vil formentlig kunne fortsætte Moores lov 20 år endnu. Derefter må man til at fremstille ledningsbaner og transistorer af enkeltmolekyler. hvis de skal formindskes yderligere. Her samler interessen sig især om de såkaldte nanorør. der består af kulstofatomer ordnet i en geometri.så de ligner mikroskopiske ruller af hønsenet. Rørene er op til 100.000gangetyndere end et
menneskehår og har en række fantastiskefysiskeegenskaber. Firmaet IBM har som de første i verden integreret flere tusinde nanorørtransistorer på en chip. Ifølge projektlederen Phaedon Avouris har vi dermed taget et stort skridt i retning af molekylærchips. Avouris ser ingen problemer ved snart at placere millioner af nanotransistorer på en chip. og han forventer de første simple chips på markedet inden for en kort årrække. Hvilken variant af de nye teknologier der ender med at gå af med sejren.er n~turligvis fortsat uvist. Men om 25 år vil 2001 måske blive husket som det banebrydende vendepunkt. hvor opfindelsen af den optiske transistor og nanotransistorenfor alvor satte skub i chiprevolutionen. Gamle Moore er optimistisk vi har stadig meget til gode.D
Antal transistorer
1.000.000.000
100.000.000
10.000.000
1.000.000
100.000
10.000
1000 1995 Illustreret Videnskab nr. 3/2002
2000
2005
2010 35