Volgens de Wet van Moore verdubbelt de kracht van processoren iedere twee jaar. Inmiddels is duidelijk dat dit niet meer haalbaar is. Hoe zorgen we er dan voor dat we toch steeds snellere processoren krijgen? Er wordt aan verschillende oplossingen gewerkt, die we hier onder de loep nemen.

Lees eerst: Waarom cpu's hun maximale snelheid aan het benaderen zijn

Een eerste mogelijke oplossing is om silicium op een andere manier te gebruiken. Een tweede mogelijkheid is duurdere halfgeleiders te gebruiken die in het periodiek systeem in de buurt van silicium zitten en dus dezelfde eigenschappen bezitten, maar waarmee je kleinere, snellere circuits kunt fabriceren. Je zou de plakjes silicium bijvoorbeeld op elkaar kunnen stapelen, net zoals je in een stad verdichting creëert door in de hoogte te bouwen. 

Je kunt daar niet onbeperkt mee doorgaan, maar het zou wat ademruimte geven. Als je voor verdichting van de processor kiest, zou je een plakje silicium (Si) bovendien kunnen afwisselen met een laagje in een beter, maar duurder halfgeleidermateriaal, zoals galliumarsenide (GaAs) of galliumnitride (GaN). Halfgeleiderfabrikanten hebben daar al de nodige ervaring mee, want ze gebruiken deze materialen bijvoorbeeld bij de productie van leds en zonnecellen.

Cpu: alternatieven voor silicium

Vooral galliumnitride heeft verschillende voordelen tegenover silicium: betere geleiding, bestand tegen hogere temperaturen en geschikt voor sterkere stroomniveaus. Belangrijkste nadeel is de hogere kostprijs van het basismateriaal. 

Zo kan de wet van Moore toch nog tientallen jaren mee

Bij de overschakeling naar het nieuwe materiaal hoeft, in tegenstelling tot bij het vergelijkbare silicium-alternatief galliumarsenide, het bestaande productieproces niet fundamenteel omgegooid worden. Zo zou de wet van Moore misschien toch nog enkele decennia langer meekunnen, zéker als we ze interpreteren als een tweejaarlijkse verdubbeling van de processorkracht, eerder dan van het aantal schakelingen.

Koolstof en grafeen

Je zou ook koolstof als basismateriaal kunnen gebruiken. Onder andere IBM experimenteert al een tijd met piepkleine koolstofbuisjes waarmee je werkende processoren zou kunnen bouwen nét boven de schaal waarop kwantumfluctuatie optreedt. Die koolstofbuisjes zijn gemaakt van opgerolde plakjes grafeen. Dat is een laag koolstof van één atoomdikte. Onder de microscoop ziet het eruit als een honingraat of kippengaas.

Dit materiaal is een uitstekende halfgeleider, maar je kunt er, omwille van technische redenen die ons te ver zouden voeren, geen transistor mee bouwen. Rol je het grafeen op, dan lukt dat wel. In het lab werken deze grafeentransistoren precies zoals hun siliciumtegenhangers. Zelfs beter, want grafeen geleidt elektriciteit veel sneller dan silicium. Het gebruikt daarbij minder stroom en produceert dan ook minder warmte. Bovendien zijn de koolstofbuisjes maar één nanometer dik, veel dunner dan wat met silicium haalbaar is.

Maar daarmee heb je nog geen grafeenprocessor. Eén van de belangrijkste op te lossen problemen is duurzame contacten te ontwikkelen tussen een grafeentransistor en de metalen contacten aan elke zijde van de transistor. Die contacten kunnen immers maar een atoom dik zijn en dat maakt het moeilijk om er efficiënt stroom door te laten vloeien.

©PXimport

Het IBM Watson Research Center slaagde er in 2015 in om metalen contacten van slechts 9nm dikte aan dunne koolstofbuisjes vast te lassen (Science, 2/10/2105). De volgende stap is om de aldus gebouwde miniatuurtransistoren in een voldoende hoge dichtheid op een platte laag of ‘wafel’ te plaatsen.

Het blijft koffiedik kijken hoelang het nog zal duren voor deze snellere en kleinere koolstofchips op de markt zullen komen. Maar naast hun hogere snelheid en lager energieverbruik hebben ze nog een groot voordeel ten opzichte van silicium. Ze zijn zo dun en flexibel dat je ze ook voor futuristische toepassingen kunt gebruiken, zoals extreem slimme sensoren of zelfs ‘computers’ die je gewoon op je huid plakt.

Kwantumcomputers

Zodra de circuits in een processor even klein zijn als een handvol moleculen, iets wat al over een jaar of tien het geval kan zijn, treden kwantumfluctuaties op. De limiet bevindt zich ongeveer bij 2 à 3nm, wat overeenstemt met tien atomen. De transistoren gaan dan niet meer betrouwbaar aan en uit. De hedendaagse informatica is echter volledig afhankelijk van die binaire schakelingen.

Een kwantumcomputer is meer dan een theoretische mogelijkheid

Maar wat als we de eigenaardigheden van de kwantumwereld gewoon zouden omarmen? Kwantumschakelingen hebben niet twee, maar een oneindig aantal toestanden. Doe daar je voordeel mee en je bouw microchips die ondenkbaar veel sneller schakelen dan de huidige binaire microchips.

Een kwantumcomputer is meer dan een theoretische mogelijkheid. Aan de universiteit van Yale had men in 2009 al een werkende proefopstelling. En eind 2016 slaagden dezelfde wetenschappers erin om een microchip te ontwerpen die zichtbaar licht in infrarode golven omzet zonder aan de kwantumstaat van fotonen te komen (Physics APS, 16/9/2016). Die techniek zou wel eens essentieel kunnen blijken om toekomstige kwantumcomputers betaalbaar te houden. Maar of dit ooit voor alledaagse computertoepassingen gebruikt zal worden, is zeer de vraag. 

Hulpprocessoren

Een andere mogelijkheid is om het fundamentele ontwerp van de centrale processor te wijzigen. Je zou bijvoorbeeld bepaalde taken kunnen delegeren aan hulpprocessoren. Gedeeltelijk is dit vandaag al werkelijkheid in de nieuwste geïntegreerde processoren die bijvoorbeeld ook een grafische component of gpu bevatten.

Gpu’s worden vooral gebruikt voor grafische bewerkingen, maar je kunt ze ook inzetten om sommige computertaken op te breken in kleine discrete vraagstukken en die op te lossen met behulp van massieve parallelle berekeningen. Daar zijn de relatief eenvoudige gpu’s met hun beperkte instructiesets nu eenmaal erg goed in, vooral omdat er in één chip heel veel gpu-kernen gecombineerd worden.

Dit houdt wel in dat je je computerbesturingssysteem en computer-apps op een andere manier ontwerpt, zodat ze die extra beschikbare processorkernen ook effectief én efficiënt gebruiken. Maar de meeste traditionele computerapplicaties gebruiken nog altijd zelden meer dan één of twee van de beschikbare ‘cores’ van een cpu, laat staan dat ze de gpu voor extra berekeningen zouden gebruiken. Die applicaties (en de onderliggende besturingssystemen) zouden dus allemaal herschreven moeten worden. Dat kost geld én tijd. Dat is ook de reden waarom er wereldwijd maar een handvol chipfabrikanten zijn. De investeringen zijn immers gigantisch.

Het is trouwens onmogelijk om alle computertaken zomaar in kleine, losse stukje op te delen die je vervolgens parallel door eenvoudigere, maar massieve hulpprocessoren laat oplossen. Sommige problemen zijn nu eenmaal niet deelbaar. Die los je nog steeds veel sneller op met een ‘traditionele’, krachtige centrale processor. En dan zijn we weer terug bij af, want we zagen al dat de klassieke silicium-processor bijna aan het einde van zijn krachten zit.

Tekst: Jozef Schildermans

Met de Philips Tafelgrill geniet je deze zomer van een ontspannen barbecue, gewoon aan tafel. Geen gesleep met houtskool of iemand die steeds bij het vuur moet blijven. Dankzij het compacte ontwerp en de slimme aroma-infuser haal je de karakteristieke rooksmaak zó je woonkamer of tuin in. Zo kan iedereen gewoon blijven zitten én mee grillen.

Rooksmaak aan tafel

De geïntegreerde rook- en aroma-infuser maakt het verschil. Voeg wat houtsnippers of verse kruiden toe onder het glazen deksel en laat het apparaat de rest doen. Je ruikt het meteen: die kenmerkende geur van een echte barbecue. De tafelgrill warmt snel op en behoudt een constante temperatuur, zodat vlees, vis of groente perfect gegaard wordt. Het royale grilloppervlak van 1250 cm² biedt genoeg ruimte om met het hele gezin of een groep vrienden aan tafel te genieten.

Twee grilloppervlakken voor meer variatie

De grillplaat is aan twee kanten te gebruiken: de geribbelde zijde is ideaal voor biefstuk, zalmfilet of hamburgers. De vlakke kant leent zich juist voor delicate ingrediënten zoals groente, spek of zelfs een eitje. Zo bereid je verschillende gerechten tegelijk en naar ieders smaak. Alles wordt egaal verwarmd en overtollig vet wordt netjes opgevangen, wat het schoonmaken vergemakkelijkt.

Kruidenideeën voor in de infuser

Naast houtsnippers kun je ook experimenteren met kruiden of een mix daarvan. Denk aan rozemarijn, tijm, laurier, citroenschil, komijnzaad, knoflookvlokken of gedroogde chili voor een pittig tintje. Even laten meedampen onder het glazen deksel en je hele tafel ruikt naar een zomerse barbecue.

©Philips

Prijs en beschikbaarheid

De Philips Tafelgrill HD6212/90 is per direct verkrijgbaar bij onder andere bol.com. De adviesprijs is 129,99 euro.

Steeds meer apparaten worden 'slim' gemaakt, en voor ovens is dat niet anders. Slimme ovens zijn handiger dan je in eerste instantie misschien denkt: je kunt ze niet alleen op afstand bedienen, ze selecteren ook automatisch het juiste kookprogramma op basis van wat je erin stopt. Je leest het goed: nooit meer aangebrand eten!

Of je nu een druk gezin hebt en geen tijd hebt om lang achter het fornuis te staan of gewoon niet zo gek bent op koken: een slimme oven in je keuken kan je het leven een stuk aangenamer maken. Je verwarmt hem alvast voor terwijl je nog op kantoor zit, stopt eenmaal thuis het eten erin en het apparaat doet de rest. Geen ingewikkeld gedoe meer met het instellen van de juiste kooktijd en temperatuur. Je kunt in sommige gevallen zelfs vanuit je luie stoel het eten in de gaten houden dankzij een ingebouwde camera. En zo heeft een slimme oven nog veel meer handige functies. 

Automatische kookprogramma's 

Veel slimme ovens zijn uitgerust met een sensor die precies kan detecteren wat voor gerecht er in de oven staat. Het maakt niet uit wat je erin doet: vlees, vis, groenten of een lekkere taart, op basis van het gewicht en de vochtigheid van het gerecht bepaalt het apparaat zelf de juiste temperatuur en kooktijd (let op: bij sommige modellen moet je zelf het type gerecht en gewicht invoeren in een app).

Natuurlijk houd je ook altijd zelf enige controle over hoe je het eindresultaat wilt. Wil je je biefstukje medium rare gebakken (ja dat kan prima in de oven!), dan geef je dat gewoon aan in de app. De oven weet vervolgens precies welke instellingen daarvoor nodig zijn.

Ook handig: in de app van sommige slimme ovens vind je talloze recepten die speciaal ontwikkeld zijn voor het betreffende apparaat. Je selecteert een recept en de app stuurt automatisch de juiste bereidingstijd en temperatuur naar je oven. Vaak vind je in zo'n app ook informatie over de voedingswaarden van een gerecht én extra tips voor de bereiding. 

©Siemens

Bedienen op afstand

Een van de grootste voordelen van een slimme oven is dat je hem op afstand kunt bedienen. Zo kun je, terwijl je je favoriete serie kijkt, in de gaten houden hoe ver je gerecht is dankzij een ingebouwde camera en kun je de baktijd indien nodig aanpassen. Is het eten klaar, dan geeft de app je een seintje.

Omdat slimme ovens met het internet verbonden zijn (en dus niet alleen met wifi), kun je ze ook van een grotere afstand bedienen. Je kunt de oven bijvoorbeeld vast voorverwarmen als je nog op kantoor of in de supermarkt bent. Eenmaal thuis kun je het eten dus direct in de oven plaatsen. Ben je onverwacht later thuis? Dan stel je de bereiding met één druk op de knop uit. Veel slimme ovens zijn ook met spraak te bedienen; handig als je autorijdt of met zware boodschappentassen loopt te sjouwen.

Verbinden met andere slimme apparaten

Heb je meerdere slimme keukenapparaten van hetzelfde merk? Dan is de kans groot dat je de apparaten onderling kunt verbinden via een smarthome-systeem. Zo kun je regelen dat de afzuigkap vanzelf aangaat als je de oven inschakelt en dat je oven automatisch afslaat zodra je slimme rookalarm rook detecteert.

Je kunt zelfs je slimme oven en fornuis laten samenwerken. Wil je je maaltijd bijvoorbeeld eerst op het fornuis aanbraden en vervolgens in de oven afbakken (denk aan een ovenschotel of stoofgerecht), dan kun je instellen dat je oven op het juiste moment begint met voorverwarmen. Ook slimme verlichting verbind je eenvoudig aan je oven. Stel bijvoorbeeld in dat wanneer de oven start met voorverwarmen het licht in de keuken ook meteen aangaat – wel zo gezellig!

Direct hulp bij problemen

Hoe geavanceerd slimme ovens ook zijn, ze kunnen net als elke oven stukgaan. Bij een traditionele oven die mankementen vertoont, zou je echter eerst door een ellenlange handleiding moeten bladeren om een oplossing te vinden. Bij een slimme oven gaat dat een stuk makkelijker. De app vertelt je meteen wat er aan de hand is én welke stappen je moet volgen om je oven weer aan de praat te krijgen. Lukt het alsnog niet? Dan heb je met één druk op de knop contact met de klantenservice, die jouw problemen op afstand kan oplossen.