Een slechte dag

8 maart 2010

‘Mijn computer heeft vandaag een slechte dag.’ We kijken als techneut argwanend naar mensen die zulke uitspraken doen. Binnen afzienbare tijd zullen we ze echter serieus moeten nemen. Er is namelijk een evolutie aan de gang die een schok zal betekenen voor de elektronicawereld: elektronica die ‘ongeveer’ werkt.

Wie heeft er geen heimwee naar het happy scaling-tijdperk waarin steeds kleinere transistoren werden gemaakt die hun voorgangers voorbijstreefden op het vlak van snelheid, grootte en verbruik? Die tijd is echt voorbij. Sinds enkele jaren vertonen de transistoren met nanoafmetingen erg veel variabiliteit na fabricage en tijdens gebruik. Waar we eens een uniforme batch konden maken met vooropgestelde drempelspanning, vertonen de transistoren nu zo’n 40 procent variabiliteit. De verwachting is dat dit tegen 2013 kan oplopen tot 60 procent.

Chipfabrikanten zoals Intel trachten de variabiliteitproblematiek te slim af te zijn. Een van hun oplossingen is een vermogenmeting te doen op de processorchips en ze bij te regelen vooraleer ze worden verkocht. Bouw je bijvoorbeeld duizenden processorchips op een welbepaalde voedingsspanning en klokfrequentie, dan zal het vermogenverbruik van deze chips onderling sterk variëren. Er zullen ‘energiebewuste’ koele chips bij zitten die maar weinig verbruiken (bijvoorbeeld 80 watt) en ‘verkwistende’ hete chips die tot 150 watt verbruiken. Wat Intel nu doet, is de voedingsspanning en klokfrequentie van de verkwistende chips terugschroeven tot ze nog maar 100 watt verbruiken (de limiet van wat we nog kunnen koelen). Van de energiebewuste chips schroeft het daarentegen de voedingsspanning en klokfrequentie op tot ook zij de limiet van 100 watt bereiken. De eerste groep werkt dan bijvoorbeeld bij een lage klokfrequentie van 2,4 GHz en wordt goedkoop verkocht, de tweede krijgt met een klokfrequentie van 3,2 GHz een groter prijskaartje. Dankzij de vermogenmeting en het bijregelen kan Intel toch nog alle chips verkopen, zij het sommige aan een lagere prijs.

Maar hiermee stopt het variabiliteitverhaal niet. Ook nadat de processoren in je computer of mobiele telefoon zijn terechtgekomen, zullen ze wispelturig gedrag blijven vertonen. Zo zullen ze, na enkele jaren betrouwbare dienst, een schommelend vermogenverbruik vertonen, zelfs bij constante klokfrequentie. Het regelsysteem zal dan verplicht zijn de voedingsspanning en klokfrequentie constant aan te passen om binnen het koelbudget van 100 watt te blijven. Als gevolg hiervan zal je computer de ene dag sneller kunnen werken dan de andere of zul je op je mobiele telefoon de ene dag wel een hogeresolutiebeeld kunnen bekijken en de andere dag niet. Ook zullen de processorchips na ‘een zware dag’ wat moeten uitrusten voor ze opnieuw aan hun topsnelheid kunnen werken. Dit tweede variabiliteitprobleem teistert vandaag al in beperkte mate de computerindustrie. Fabrikanten lossen het op door bij multicoresystemen taken van de ‘vermoeide’ processor te verschuiven naar een ‘frissere’ processor.

‘Vermoeid’, ‘een slechte dag’, ‘uitrusten’, één ding is duidelijk: computers worden menselijker en dat bedoelen we dit keer niet positief. Siliciumtransistoren lijken stilaan hun grenzen te bereiken, terwijl op de achtergrond organische transistoren aan een mooie toekomst beginnen. Organische PMos-transistoren bevinden zich qua lijnbreedte en snelheid vandaag in het stadium waarin silicium PMos-transistoren zich bevonden in de jaren zeventig. Organische NMos-transistoren en geheugenschakelingen komen eraan. Deze nieuwe technologie zal ons geen snellere computers bieden, maar wel nieuwe toepassingen dankzij haar plooibare en prijsbewuste karakter. Een van de denkpistes is dat chips zullen worden ingebouwd in bijvoorbeeld kleding of behangpapier. We kunnen het ons vandaag onmogelijk inbeelden welke impact organische elektronica zal hebben op ons leven. Net zoals we ons veertig jaar geleden onmogelijk konden indenken dat ik deze column zou schrijven op een kleine draagbare computer met 4 Gbyte werkgeheugen en een processorchip met meer dan 1 miljard transistoren.

Rudy Lauwereins

Terug naar overzicht