De eerste chip, een elektronische schakeling op een flinterdun schijfje halfgeleidermateriaal, was al even primitief als de eerste transistor.

Alle elektronische schakelingen waarmee computers waren opgebouwd, werden nog op printjes gesoldeerd en handmatig met de draadjes doorverbonden. De circuits namen veel ruimte in beslag en waren lang niet altijd even betrouwbaar.

Chips waarmee zo groot mogelijke schakelingen in één klap konden worden ‘gebakken’, zouden veel soelaas kunnen bieden. Velen zagen het wenkend perspectief, zo ook de Amerikanen Robert Noyce en Gordon Moore. Zij richtten op 18 juli 1968 het bedrijf Integrated Electronics Corporation (Intel) op, dat zich zou gaan specialiseren in de productie van geheugenchips.

Dr. Ted Harf, in datzelfde jaar aangesteld als manager van toe­gepast onderzoek: „We wilden met onze chips al in 1972 de prijs per bit lager maken dan 1 penny per bit, en dat is ons gelukt.”

Harf legt uit dat het toch nog geruime tijd kostte om in de gevestigde computerindustrie de nieuwe technologie ingevoerd te krijgen. „Daarom namen we ook ”custom work” aan, het ontwikkelen van chips voor speciale toepassingen. Zo sloten we een overeenkomst met het Japanse bedrijf Busicom om ”custom chips” te ontwerpen voor hun kantoorcalculators. Maar het bleek prijstechnisch al gauw onhaalbaar. We kozen er daarom voor om een processor met bijbehorend geheugen als goedkopere en flexibele oplossing in te zetten.

De contacten met de Japanse computerfirma Busicom leidden begin jaren zeventig tot de ontwikkeling van een simpele en goedkope processor met bijbehorend geheugen.

De Italiaanse ingenieur Frederico Faggin ontwierp de microprocessor, die de naam 4004 kreeg. De 2300 transistors tellende chip was uitgevoerd als een 4-bits processor, die 60.000 elementaire instructies per seconde kon uitvoeren. Harf: „We hadden in maart 1971 al een volledig werkende 4004 en konden spoedig daarna de productie van de Japanse Musicom calculator starten. Het was overigens wel spannend, want een paar maanden nadat de 4004 bleek te werken, kondigde Texas Instruments al een 8-bits processorchip aan. We waren dus maar net op tijd met onze primeur.”

Omdat Intel nu wel inzag dat de 4004-microprocessor net zo succesvol in allerlei andere toepassingen kon worden geprogrammeerd, besloot de geheugenfabrikant deze processor zelfstandig op de markt te brengen. Weldra kwamen de toepassingen los, van de regeling van verkeerslichten en brandstofregistratie bij tankstations tot de besturingssystemen voor het Apollo­ruimtevaartprogramma.

De processorchips werden vanaf 1971 in rap tempo steeds krachtiger, de geheugencapaciteit nam met sprongen toe en de prijzen daalden voortdurend. Een jaar na de introductie van de 4004 kwam Intel met een krachtiger 8-bits processor, de 8008. Het Franse bedrijf R2E bouwde om deze processor de Micral N, die de geschiedenis inging als de eerste commerciële microcomputer. Met maar liefst 30 schakelaars en 35 lampjes in het front oogde de behuizing ervan niet bepaald gebruiksvriendelijk.

Stukken beter scoorde wat dat betreft de populaire Apple, ontwikkeld door de Amerikaan Steve Wozniak. Deze homecomputer, die vanaf 1977 voor 1295 dollar gretig aftrek vond, was rond de 8-bits 6502-processor van MOS Technology gebouwd.

Ook computergigant IBM zag brood in de sterk opkomende pc- markt en ontwikkelde zijn eigen IBM-pc, die op 12 augustus 1981 –deze week dertig jaar geleden– werd geïntroduceerd. Als brein voor deze pc koos IBM de 8088 van Intel, een in Israël ontworpen processor, die intern met 16 bits rekende, maar met 8 bits porties data uitwisselde. Ook dit kleintje van IBM had een bescheiden werkgeheugen van 16 KB, maar was wel uit te breiden tot 256 KB.

De opvolger IBM-pc XT (eXtended Technology) werd uitgebreid met een harde schijf van 10 MB. De IBM-pc AT (Advanced Technology), die in 1984 verscheen, draaide op de 20286, een snellere micro­processor, die 123.000 transistors bevatte, bijna vijftig keer zo veel als de inmiddels legendarische 4004.

Een grote sprong voorwaarts was in 1993 de 32-bits Intel Pentiumprocessor, met 3 miljoen transistors, in 1995 opgevolgd door de Pentium Pro, die al 5,5 miljoen transistors herbergde op een flinterdun plakje silicium. Aan het eind van het millennium was dat aantal bij de Pentium IV zelfs opgelopen tot 42 miljoen. Dit was mogelijk door de structuren op de chip steeds kleiner te maken. Was de minimale lijnbreedte bij de 4004 nog 10 micrometer (0,001 millimeter), bij deze Pentium was die teruggebracht tot 80 nano­meter (0,00018 millimeter). Ter vergelijking: dat is ongeveer 1/200.000 van de dikte van een mensenhaar.

Wetenschappers speculeren er geregeld over dat die exponentiële groei spoedig zal vastlopen vanwege de toename van de warmteontwikkeling en door de grenzen aan de afbeeldings­mogelijkheden. Toch blijkt telkens weer dat nieuwe vindingen die grens kunnen verleggen. Zo introduceerde Intel in 2003 de Pentium M-processor voor mobiele toepassingen. De daarbij toegepaste Centrino­technologie leverde behalve snelheidswinst ook belangrijke reductie op van de warmte­ontwikkeling.

Eind dit jaar start Intel de productie van de Ivy Bridge­processor, de opvolger van de huidige Sandy Bridge, die gebaseerd is op driedimensionale transistors met 22 nanometer lijnbreedte. Door de ”gate” –de stuurelektrode– rechtop te zetten, wordt het ingenomen oppervlak behoorlijk verkleind. Het resultaat is volgens Intel opnieuw een snelheidswinst tot 37 procent en een halvering van de warmteontwikkeling.

Digitale doorbraken

Een selectie van digitale doorbraken in de afgelopen vijftig jaar:

1961: Fairchild levert als eerste geïntegreerde schakelingen op commerciële basis.

1971: Intel produceert de eerste werkende microprocessor de 4-bits 4004. IBM introduceert de eerste 8-inch floppydisk.

1981: IBM lanceert de IBM-pc, die gebruikmaakt van het MS/DOS-besturingssysteem van Microsoft. Adam Osborne brengt de eerste draagbare pc, de Osborne I, op de markt. Sony gaat over op 3 1/2” floppydrives en diskettes, in een harde plastic omhulling.

1991: Het gsm mobieletelefoonnetwerk in Europa gaat in de lucht. Internet komt beschikbaar voor onbeperkt commercieel gebruik.

2001: Apple introduceert de iPod, met een harde schijf van 5 GB, een telefooncomputer op zakformaat.

2011: Belgische en Nederlandse onderzoekers vervaardigen de eerste plastic microprocessor, die zeer goedkoop kan worden geproduceerd met behulp van speciale printers.

ASML: sleutelpositie in chipproductie

De succesvolle Nederlandse hightechonderneming ASML (Advanced Semiconductor Materials Litho­graphy) in het Brabantse Veldhoven produceert complexe machines voor de productie van microchips. De innoverende prestaties van ASML op het vlak van lithografie, geavanceerde optiek om structuren van schakelingen sterk verkleind op chips af te beelden, leveren hieraan een belangrijke bijdrage.

Omdat de golflengte van licht beperkingen oplegt aan de mate waarin structuren kunnen worden verkleind, wordt kortgolvig ultraviolet licht (uv) gebruikt. ASML past nu zelfs ”extended” uv toe met een golflengte van 13,5 nanometer. Om een gelaagde structuur in een chip te maken, dienen meerdere belichtingsmaskers met specifieke patronen na elkaar te worden gebruikt. De positioneringsnauwkeurigheid daarvan moet minstens 3 nanometer zijn. Ter vergelijking: een baard groeit per seconde 8 nano­meter.

Bij extended uv-golflengten zijn lenzen niet meer doorzichtig en dienen voor de afbeelding spiegels in vacuüm te worden gebruikt, die aan extreem hoge eisen moeten voldoen.

In nog geen dertig jaar is ASML uitgegroeid tot een multinational met 55 vestigingen in 16 landen en een omzet van 4,5 miljard euro in 2010.

Intel Israël belangrijke tak in onderneming

De Amerikaanse chipfabrikant Intel heeft vanuit zijn hoofdkwartier in het Californische Santa Clara vele vertakkingen opgebouwd in diverse landen, waar­onder China, Maleisië, Ierland, India, Rusland en, sinds 1975, Israël.

Intel Israël begon in 1974 met vijf medewerkers. Nu zijn het er 6600, werkzaam in onderzoeks- en productiecentra te Haifa, Jerusalem, Kiryat Gat, Petach Tikva, Yakum en Yokneam. Hier kwamen belangrijke technologische doorbraken tot stand. Zo werd de 8088-processor, die IBM koos voor zijn eerste pc, ontwikkeld in Israël. Dat was ook het geval met de innovatieve Centrino Mobile Technology, die door toepassing van nieuwe materialen en uitgekiende architectuur sneller en zuiniger werd.

Het idee hierachter kwam uit Californië, maar werd uitgewerkt in het Research & Development Center in Haifa. Ook de recent geïntroduceerde Sandy Bridge-architectuur is afkomstig uit Israël.

Dat veel concepten en projecten startten of uitgewerkt werden in Israël, is op te maken uit code­namen als Banias (Jordaanbron), Boaz, Gesher (Hebreeuws voor brug), Kedron, Dothan, Golan, Nineveh en Tomna (gebied waar de kopermijnen van Salomo zich bevonden, met verwijzing naar de Coppermine, de codenaam voor de Pentium III-architectuur).