Wetenschap

De wereld veranderde vijftig jaar geleden ingrijpend door de microprocessor. Wat doet zo’n ding eigenlijk?

In 1971 introduceerde de Amerikaanse firma Intel de eerste microchip. Mede door de coronacrisis is er nu wereldwijd een nijpend tekort aan.

Pieter Sabel

Het is klein, voor iets dat aan de basis heeft gestaan van de wereld waarin we nu leven. Een soort hoekig mechanisch insect van zo’n anderhalve centimeter lang met twee rijen van acht metalen poten. Zonder deze uitvinding zou een lange lijst aan apparaten niet bestaan of anders werken: laptops, wasmachines, magnetrons, ovens, thermostaten, auto’s, smartphones.

Deze, en veel meer apparaten die we dagelijks gebruiken, werken met hulp van een microprocessor. En de eerste microprocessor, de Intel 4004, vierde onlangs zijn vijftigste verjaardag. Op 15 november 1971, de dag dat de chip voor iedereen die er 60 dollar voor over had te koop was, veranderde de wereld, schrijft Andy Kessler in The Wall Street Journal. En niemand had het in de gaten.

Om iets te begrijpen van waarom de uitvinding van de Intel 4004 zo belangrijk is geweest, en hoe een microprocessor werkt, moeten we terug naar 1969. In dat jaar ontstond het idee voor de 4004: hetzelfde jaar als waarin Denton Cooley het eerste kunsthart implanteert, Boeing een testvlucht maakt met het nieuwe 747-toestel en Neil Armstrong als eerste mens voet zet op de maan. De eerste commercieel verkrijgbare computer voor thuis kost in dat jaar 18.500 dollar, dat zou nu grofweg 150.000 dollar zijn, of ruim 133.000 euro. Die PDP-8 woog ruim 113 kilo.

Computerchips bestonden al en konden één ding. Voor elke handeling had een computer een aparte chip nodig. Een chip voor optellen, een voor aftrekken, een voor delen, een voor vermenigvuldigen, enzovoort.

Stel je een knikkerplank voor, zegt hoogleraar elektrotechniek Bram Nauta van de Universiteit Twente. Een verticale plank met houten gootjes, spijkertjes en andere obstakels. Laat je bovenin een knikker los (de ‘opdracht’ aan de computer), dan viel die knikker in 1969 altijd volgens precies dezelfde route naar beneden. De uitkomst was hetzelfde bij knikker 1, en bij knikker 14.352.

De Japanse firma Busicom klopte in april van dat jaar aan bij Intel, opgericht in 1968 in de Verenigde Staten en inmiddels een van de grootste chipmakers ter wereld, voor een set chips voor hun rekenmachine. Een apparaat dat de uitkomst printte op een stuk papier, het display was nog niet uitgevonden. Busicom en Intel samen bedachten dat een programmeerbare chip handig kon zijn. De rekenmachine bestond dan uit slechts twaalf chips, waarvan er één programmeerbaar was; de central processing unit, ofwel de processor.

De Busicom 141 PF rekenmachine van de Nippon Calculating Machine Corp., waarvoor Intel de 4004 chip ontwikkelde.   Beeld Intel Corporation
De Busicom 141 PF rekenmachine van de Nippon Calculating Machine Corp., waarvoor Intel de 4004 chip ontwikkelde.Beeld Intel Corporation

Het probleem was dat niemand ter wereld nog een processor ter grootte van een chip had gemaakt. En er werkte op dat moment niemand bij Intel die er een kon maken. Zelf geloofde het bedrijf veel meer in geheugenchips, waarop je informatie opslaat. Processoren verwerken informatie.

Federico Faggin kwam over van een ander bedrijf, en zou samen met Ted Hoff en Stanley Mazor van Intel en Masatoshi Shima van Busicom de 4004 ontwerpen: de eerste programmeerbare microprocessor.

Programmeerbaar wil zeggen dat de uitkomst níet altijd hetzelfde is. Je kunt hem zelf vormgeven via software. Vergelijk het weer met die knikkerplank: je bepaalt op een programmeerbare chip zelf waar alle gootjes, spijkers en andere opstakels staan, en dus hoe de knikker omlaag valt.

Eén microprocessor kan meerdere taken uitvoeren. Bijvoorbeeld een camera aansturen in een smartphone, dan weer als tekstverwerker dienen, dan weer als aansturing van de zaklamp. Een functie is niet meer afhankelijk van één chip; je kunt een processor door te programmeren steeds iets anders laten doen.

De introductie van de microchip was groot nieuws, hier in een advertentie over twee pagina’s in het tijdschrift Electronic News, november 1971. Beeld Intel Corporation
De introductie van de microchip was groot nieuws, hier in een advertentie over twee pagina’s in het tijdschrift Electronic News, november 1971.Beeld Intel Corporation

Aanvankelijk vond Busicom de chipset te duur, het bedrijf bedong een korting bij Intel. Die kreeg het Japanse bedrijf, op voorwaarde dat Intel de chip ook zelf mocht verkopen aan anderen. Op 15 november 1971 was het zo ver: ‘Een nieuw tijdperk van geïntegreerde elektronica’, noemde Intel het zelf in de bijbehorende advertentie. Daar had het bedrijf gelijk in, zegt hoogleraar Nauta, ‘al vraag ik me af of ze zelf helemaal doorhadden welk goud ze in handen hadden’.

Sinds 1971 zijn chips complexer geworden, ze herbergen steeds meer transistors, en meer transistors betekent meer rekencapaciteit. De 4004 had er 2.300, en kon daarmee 92.000 berekeningen per seconde maken. Ter vergelijking: de nieuwe, zelf gebouwde M1 Max-chip van Apple heeft 57 miljard transistors en kan 10,4 biljoen berekeningen per seconde doen.

Het einde is nog lang niet in zicht, zegt Nauta. ‘We zijn nu op het punt dat we geen kleinere transistors meer maken. Ze zijn nu ongeveer veertig atomen lang en vijftien atomen breed. Maar er is nog meer dan genoeg plek om ze op een chip te zetten.’

Vergelijk het met een boterham hagelslag. Als elk hagelslagje een transistor is, kun je ze naast elkaar leggen op een boterham, of rechtop zetten. Of meerdere lagen hagelslag boven elkaar maken, zodat je weer meer transistors kwijt kunt. Nauta: ‘Met wat we nu kunnen, is de boterham pas voor ongeveer 5 procent bedekt.’

Wat is een chip?

‘Chip’, dat in het Engels ‘stukje’ of ‘flintertje’ betekent, is een verzamelnaam voor geïntegreerde elektrische circuits op een klein, plat stuk halfgeleidermateriaal. In de meeste gevallen is die chip gemaakt van silicium. Dat is na zuurstof het meest voorkomende element in de aardkorst, zij het altijd als verbinding met andere elementen. Silicium heet in het Engels ‘silicon’, en is zo naamgever van Silicon Valley, de bijnaam voor de vallei in Californië waar de microprocessor is uitgevonden en waar een grote concentratie technologiebedrijven kantoor houdt.

Chips zijn er in allerlei soorten. Zo zijn er geheugenchips om informatie op te slaan: in een bankpas bijvoorbeeld is simpel gezegd vooral informatie opgeslagen over van wie de pas is en bij welke rekening hij hoort. De chip zelf ‘doet’ niets.

Microprocessors zoals de Intel 4004 zijn processoren ter grootte van een chip en voeren taken uit. Ook processors worden chips genoemd, of microchips.

Wereldwijd is er momenteel een tekort aan microchips, door een samenloop van omstandigheden. Autofabrikanten bestelden aan het begin van de coronacrisis massaal hun chips af, uit angst voor dalende verkopen. De vraag naar computers, webcams en spelcomputers nam door de coronacrisis juist enorm toe. Tegen de tijd dat de autofabrikanten weer chips nodig hadden, zaten de chipsfabrieken aan hun maximale capaciteit. De zo ontstane tekorten duren naar verwachting nog heel 2022.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2022 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden