Computerbrein op chip draait al vijftig jaar mee

Drie ingenieurs van de chipfabrikant Intel, Ted Hoff, Fed Faggin en Stan Mazor, tonen in november 1971 trots hun patent op de eerste intelligente chip, de Intel 4004. Ze hebben eind 1969 van de Japanse kantoorfabrikant Busicom het verzoek gekregen om twaalf speciale chips te ontwikkelen voor een nieuwe rekenmachine. Geen eenvoudige klus, want ze moeten twaalf verschillende chips ontwerpen voor een eenmalige toepassing. Ted Hoff stelt daarom voor om één chip te gaan ontwerpen. Die moet zo flexibel worden dat hij de twaalf gevraagde chips kan vervangen. Met een bijbehorend programma zal de nieuw chip alle taken moeten kunnen uitvoeren. :::kader 1::: Negen maanden later is de chip ‘geboren’. Een schijfje silicium met een oppervlak van 3 bij 4 millimeter bevat 2300 dicht opeengepakte transistors. De ingenieurs zijn erin geslaagd de rekenkracht van kamergrote, met radiolampen gebouwde computers in een chip ter grootte van een vingernagel te verwerken. ## Mislukt De 4004-chip is zijn tijd ver vooruit met zijn 2300 transistors. Maar de resultaten vallen hard tegen: de chip is gewoon te traag. In de oorspronkelijke opzet zouden de twaalf losse chips ieder gelijktijdig actief zijn. Nu moet die 4004-chip in zijn eentje aan de hand van een soort ‘boodschappenlijstje’ activiteiten afhandelen. De Japanse opdrachtgever Busicom gaat mede hierdoor failliet. Toch verdwijnt dit revolutionaire ontwerp niet in een bureaulade. Ted Hoff weet het management van Intel ertoe te bewegen door te gaan met deze simpele 4-bitsprocessor; de chip kan immers wel zo’n 60.000 elementaire instructies per seconde uitvoeren. Hoff wil er flink mee aan de weg gaan timmeren. En dat lukt, de chip wordt het jaar daarop al met succes gebruikt in ruimtevaartuig Pioneer 10, dat de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA op 2 maart 1972 lanceert. De nieuwe chiptechniek verandert de manier van denken van technici en wetenschappers. De processorchips worden steeds krachtiger, de geheugencapaciteit neemt met sprongen toe en de prijzen dalen spectaculair. ![17611607.JPG](https://erdee-prod-bucket-s3-001.ams3.digitaloceanspaces.com/17611607_b032611930.JPG)---De architectuur van de 4004-chip van Intel. beeld Intel--- Een jaar na de introductie van de 4004 komt Intel al met een krachtiger 8-bitsprocessor, de 8008. Twee jonge computerfreaks, Bill Gates en Paul Allen, krijgen in de gaten dat ze daarmee kleine computers kunnen maken. Het Franse bedrijf R2E introduceert in 1973 de Micral N. Die staat te boek als de eerste commerciële microcomputer. Met maar liefst 30 schakelaars en 35 signaallampjes in het front ziet de computer er interessant uit. Maar het apparaat is niet bepaald gebruiksvriendelijk. Het systeempje, ter grootte van een flinke schoenendoos, is ontworpen voor procesbesturing en niet voor kantoor en huiskamer. Maar de prijs is wel interessant; die is vijf keer lager dan het basismodel van de DEC’s PDP-8, een 12-bitsminicomputer met de afmetingen van een koelkast. ## Abrikoos Spoedig volgen er meer fabrikanten, die hun microcomputers allerlei fruitige en plantaardige namen geven: Apricot (abrikoos), Acorn (eikel), Pearcom (peer), Acer (esdoorn) en Tulip (tulp) van Hollandse afkomst. Verreweg het populairst wordt Apple II, die vanaf 1977 voor 1295 dollar (zo’n 1000 euro) gretig aftrek vindt. Het betreft een modulair systeem waar de gebruiker zelfontwikkelde uitbreidingskaarten in kan steken. Ook computergigant IBM ziet brood in de sterk opkomende microcomputermarkt. Het concern ontwikkelt zijn eigen versie, de IBM PC (zie ”IBM PC viert veertigjarig bestaan”). ![17611608.JPG](https://erdee-prod-bucket-s3-001.ams3.digitaloceanspaces.com/17611608_bbd6193a9b.JPG =400)---Reclame voor een Pear-II computer uit 1981. beeld Pear--- De toename van het aantal actieve elementen op een chip, gepaard aan een vergelijkbare afname van de prijs, gaat gestaag door. Gordon Moore, een van de oprichters van Intel, ziet dat het aantal transistors op een chip elke twee jaar verdubbelt. Dit inzicht wordt bekend als de ”wet van Moore” (zie ”Einde aan de wet van Moore”). Die wet blijkt aardig te kloppen. Zo laat Intel al in 1993 zijn 32-bits-Pentiumprocessor het licht zien met maar liefst 3 miljoen transistors, in 1995 opgevolgd door de Pentium Pro, die 5,5 miljoen transistors herbergt op een flinterdun plakje silicium. Aan het eind van het millennium is dat aantal bij de Pentium IV zelfs opgelopen tot 42 miljoen. Vooral dankzij innovaties die de ontwikkelaars in staat stellen om de structuren op de chip voortdurend te verkleinen. ## Onzichtbaar Naast de trend van ”Moore” die leidt tot steeds complexere en snellere chips, speelt er ook een andere ontwikkeling: de chips worden steeds kleiner, simpeler en vooral goedkoper. Daardoor kunnen chips steeds gemakkelijker een plek krijgen in ‘intelligente’ apparatuur en consumentengoederen. Ze worden dan meestal microcontrollers genoemd. Voorbeelden van dergelijke verborgen computerelektronica zijn er te over: smartphones, wasmachines, magnetrons, programmeerbare naaimachines, cv-ketels, digitale fototoestellen en de via internet gekoppelde kleine slimme apparaten, aangeduid als IoT (Internet of Things). Ook in speelgoed komen ze voor en zelfs in muzikale wenskaarten. Zo langzamerhand is er geen apparaat in huis dat niet van een intelligente chip voorzien is. En praktisch allemaal bevatten ze vanbinnen een soort super-4004-microprocessor. Belangrijk is dat dergelijk microcontrollers, ter grootte van een rijstkorrel, zo weinig mogelijk energie verbruiken. Ook de prijs moet laag liggen; bij massaproductie bedraagt die soms minder dan enkele eurocenten. De betekenis van de stormachtige ontwikkeling van de micro-elektronica in combinatie met de bijbehorende communicatiemogelijkheden kan moeilijk worden overschat. Deze ontwikkelingen zijn niet terug te draaien. Het is een van de sleuteltechnologieën gebleken van deze en de vorige eeuw. :::kader 2:::

Computerbrein op chip draait al vijftig jaar mee

Wetenschap & techniek

RD.nl in uw mailbox?