Precies vijftig jaar geleden voorspelde Gordon Moore dat de snelheid van de chips in onze computers zich steeds zou blijven verdubbelen, tegen dezelfde kosten. Nu, in een totaal andere wereld, gaat die 'Wet van Moore' nog steeds op.

Eigenlijk is die Wet van Moore helemaal geen wet, maar een voorspelling. Gordon Moore publiceerde op 19 april 1965 zijn inmiddels beroemde paper (pdf) waarin hij voorspelde dat het aantal componenten per geïntegreerde schakeling (of chip) grofweg elk jaar zou verdubbelen en rond 1975 zou uitkomen op 65.000.

Die voorspelling kwam niet uit de lucht vallen: het was simpelweg een trend die Moore was opgevallen en die hij doortrok. "We maakten geïntegreerde schakelingen die steeds complexer werden, hoewel ze nog steeds niet heel erg complex waren", merkt Moore op in eerder interview eind 2014.

"De eerste had vier componenten. Een jaar later zaten we op acht. De complexiteit verdubbelde ongeveer elk jaar. In 1965 waren we op zestig uitgekomen. Dat extrapoleerde ik over tien jaar." En enigszins tot zijn eigen verbazing bleek Moore’s voorspelling zeer nauwkeurig te kloppen.

De Intel 4004-chip uit 1971: 2.300 transistors

De Intel 4004-chip uit 1971: 2.300 transistors

Omdat het ontwikkelen van microchips steeds ingewikkelder werd, paste Moore zijn voorspelling aan in 1975. Niet elk jaar, maar elke twee jaar zou het aantal transistoren in een geïntegreerde schakeling verdubbelen, tegen vergelijkbare kosten, op hetzelfde oppervlak. Dit is de versie die nu nog steeds blijkt te kloppen.

Miljarden

Door de ontwikkeling die de Wet van Moore beschrijft hebben onze smartphones tegenwoordig veel meer rekenkracht dan de veel grotere computers uit de jaren negentig, worden onze laptops steeds dunner en genereren onze grafische kaarten steeds mooier beeld.

En die ontwikkeling blijft nodig voor de ontwikkeling van kleine, slimme apparaten of de ontwikkeling van een nieuwe generatie supercomputers voor de wetenschap. 

"Er is geen enkele industrie die dit ooit is gelukt", zegt Lucas van Grinsven van het Nederlandse ASML. ASML produceert de lithografiesystemen die nodig zijn bij het maken van computerchips. "Moet je voorstellen dat auto’s elke twee jaar sneller zouden worden, of batterijen elke twee jaar twee keer zo zuinig. Het is ongekend."

Inmiddels lopen de aantallen in de miljarden. Zo zitten er in de chip die wordt gebruikt in de iPhone 6, de A8, precies 2 miljard transistoren, verpakt op 89 vierkante millimeter. Zijn voorganger, de A7, had er nog 'maar’ 1 miljard en was in omvang iets groter.

Poolster

Dat gaat niet vanzelf. Bedrijven zoals Intel en ASML gebruiken de Wet van Moore niet als voorspelling maar als doelstelling. "Moore’s Law is onze Poolster", zegt Intel-topman Mark Bohr. "Zonder zo’n duidelijk gearticuleerd doel zouden we nu waarschijnlijk nog geen 14-nanometer chips hebben, met miljarden transistors. Door de Wet kunnen we doelgerichter investeren en onderzoek doen."

Intel Pentium 1993, 3.100.000 transistors

Intel Pentium 1993, 3.100.000 transistors

De voorspelling die Moore vijftig jaar geleden deed is nu een soort 'roadmap’ waar de hele industrie zich op richt, vertelt Lucas van Grinsven van ASML. De verschillende bedrijven in de industrie, zoals ASML en Intel, zijn afhankelijk van elkaar. Als de één sneller of langzamer dan de andere ontwikkelt, loopt het mis. De Wet van Moore helpt daarbij. "Er moet vooruitgang zijn, maar alles moet ook op elkaar blijven passen", zegt Van Grinsven.

De huidige technologie van ASML gebruikt licht met een golflengte van 193 nanometer, waarmee door middel van een lens details van 38 nanometer kunnen worden geprint. Ter referentie: één nanometer is een miljoenste van een millimeter. Een menselijke haar is zo’n 80.000 nanometer dik, vingernagels groeien vijf tot tien nanometer per minuut. 

Fysieke grenzen

De huidige technologie lijkt echter uitontwikkeld. Om te blijven voldoen aan Moore, moeten er dus nieuwe technologieën worden uitgevonden om nog nauwkeuriger te kunnen werken. ASML werkt momenteel hard aan euv-technologie, waarbij er met extreem ultraviolet licht wordt gewerkt. Euv heeft een golflengte van 13 nanometer; vijftien keer zo dun als de technologie die nu wordt gebruikt.

Apple A8, 2014: 2 miljard transistors

Apple A8, 2014: 2 miljard transistors

In 2013 voorspelde Bob Colwell, voormalig hoofd-architect bij Intel, dat de Wet van Moore rond 2020 niet meer in stand te houden zal zijn. Nauwkeuriger dan 5 nanometer wordt het niet, aldus Colwell.

ASML gelooft daar voorlopig nog niet in. Het bedrijf ziet in ieder geval nog mogelijkheden voor de komende tien tot vijftien jaar. "Maar er komt een moment dat we tegen de fysieke grenzen aan zitten, en dat we anders moeten gaan nadenken over de functie van een transistor, dat in feite een simpele aan/uit-schakelaar is", zegt Van Grinsven. 

Intel sluit zich daarbij aan. "Intel kan net als tien jaar geleden nog steeds maar zo’n tien jaar in de toekomst kijken", aldus Mark Bohr van Intel. "Toch verwachten we niet dat Moore’s Law op een zeker moment abrupt stopt, wanneer erg kleine chips zijn ontwikkeld. Op dat moment zal de wet gaandeweg veranderd zijn in wat anders, waarbij chips op andere manieren sneller, zuiniger en kleiner gemaakt zullen worden."

Meer langere verhalen en achtergronden op NUweekend