Nanotechnologie wordt gemakkelijk vereenzelvigd met ‘materiaal kleiner dan klein’, of met ‘iets met superkleine transistors’ en mogelijks ‘iets met koolstofbuisjes voor in de verre toekomst’. Op het Imec Technology Forum in Brussel bleek evenwel hoe groot nanotechnologie vandaag al is.

Meer nog, met als thema ‘nanotechnology in the hotseat’ werd duidelijk gemaakt dat deze technologie vandaag al de motor is die de huidige ontwikkelingen in de digitale economie aandrijft.

‘Nano’ verwijst naar een afmeting in de ordegrootte van een miljardste, zoals een ‘nanometer’ staat voor een miljardste van een meter. Er wordt van nanotechnologie gesproken als een aspect/dimensie ervan kleiner is dan ca. 100 nm. Op die wijze zit de hele industrie van de ic’s al jaren in het nano-tijdperk, want vandaag worden chips gebakken met een 14nm productieproces. Op termijn zou dit nog tot ca. 5nm kunnen krimpen.

De presentatie van Imec-ceo Luc Van den Hove onderstreepte dat ic-technologie (integrated circuits), mede dank zijn de ongebreidelde miniaturisering in de voorbije decennia, de motor was en is van de digitale disruptieve economie zoals we die kennen. Bedrijven als Uber of Airbnb profiteren van zowel de krachtigere informatieverwerking en het gebruik ervan in bredere kring, zoals alomtegenwoordige mobiele platformen (en de bijhorende apps). Om het niet te hebben over de komende vloedgolf van geconnecteerde Internet of Things toestellen, waarbij ‘alles intelligent wordt.’ “Ic innovatie is de hartslag van gisteren, vandaag en morgen,” klinkt het van bij de aanvang.

En dat proces van kleinere en meer transistors en bouwstenen op eenzelfde oppervlak, die sneller en stroomzuiniger zijn, moet doorgaan. Natuurlijk is de praktijk van Moore’s Law (met om de 18 maanden à twee jaar een dubbel aantal transistors op eenzelfde oppervlak) het boegbeeld van die vooruitgang, zij het dat steeds vaker vragen worden gesteld naar de praktische toekomst van die wet. Voor Van den hove lijdt het evenwel geen twijfel : “de miniaturisering zal doorgaan, ze moet doorgaan !”

MOORE PAST ZICH AAN

Doorgaan ja, maar niet zonder zich aan te passen aan de gewijzigde omstandigheden. De makkelijke voordelen van ‘meer op minder oppervlak’ (2D-miniaturisering) liggen achter ons, en de ontwikkelaars zullen andere technologieopties lichten, zoals complexere transistorstructuren in de hoogte (verticale 3D-structuren), met daarbij ook andere types transistor (zowel inzake materiaal als werking).

Daarnaast zullen ook in processoren en chips complexere onderdelen en subsystemen worden samengevoegd in een 3D heterogene geïntegreerde structuur (met een mix van gespecialiseerde verwerkingseenheden en geheugensoorten).

Ook op macroschaal zullen nieuwe voordelen worden gezocht, met nieuwe systeemarchitecturen die het keurslijf van de sequentiële von Neumann architectuur doorbreken. Zo verwees Van den hove naar ‘neuromorphic computing’, waarbij de verwerkingseenheden samenwerken op een wijze die veeleer geïnspireerd is op de wijze waarop de neuronen in de menselijke hersenen communiceren, en uiteindelijk ook ‘quantum computing’ (hoewel dat nog een heel eind in de toekomst ligt).

Ook in deze architectuurontwikkelingen zullen de ic-technologieën (zoals die nu gekend zijn) hun rol spelen, klinkt het met zekerheid, met een ‘co-optimalisering van design- en systeemtechnologie !’

ANDERE SECTOREN

In de voorbije jaren is het activiteitengebied van Imec sterk uitgebreid, voorbij de oorspronkelijke chipdesign-expertise. En vandaag ziet Van den hove zijn Imec en de ic-technologie motor aan het werk in een hele rist andere sectoren.

Zo zorgen nanotechnologie en de bijhorende groei van verwerkingsvermogen voor doorbraken in de gezondheidszorg. Zo kan een menselijk genoom nu in heel korte tijd worden uitgepluisd (en met behulp van licht en fotonica alsmaar sneller), en hoopt men die gigantische hoeveelheid data ook steeds sneller te kunnen analyseren en interpreteren (in een dag of dagen in plaats van weken of maanden).

Gecombineerd met andere gezondheidsgericht onderzoek (zoals naar medisch werkzame moleculen) zou dat tot meer gerichte geneesmiddelen en therapieën kunnen leiden, met als uiteindelijk doel mogelijke kostenbesparingen door een meer gerichte en effectievere gezondheidszorg. Van den hove onderstreept dan ook het belang van het ExaScience Life Lab dat bij Imec onderzoek verricht naar de ict-ondersteuning van nieuwe types gezondheidszorg.

Een ander voorbeeld ‘par excellence’ van een sector waar ic-technologie en nanotechnologie voor een stormachtige vooruitgang zorgen, is de ‘vervoersector’ (automotive). Een aantal basistechnologieën voor autonome en geconnecteerde voertuigen (van auto’s en vrachtwagens tot schepen, vliegtuigen etc) zijn onderhand wel in eerste of al geëvolueerde versies uitgewerkt, maar nu moet het allemaal nog ‘kleiner, krachtiger, robuuster, zeg maar goedkoper’.

Zo moeten de ‘lidar’-systemen (light detection & ranging – zoals radar maar dan met laserlicht) die in auto’s voor de 360°-sensorsystemen worden aangewend, worden geïntegreerd in een systeem dat tot 10 keer kleiner is en tot 100 keer goedkoper, voorspelt Van den hove. Evenals er bij Imec wordt gewerkt aan een ‘radar on a chip’ (inclusief antenne), zodat auto’s goedkoper kunnen worden uitgerust met een radar die een beter ‘beeld’ vormt, zodat de aard van het waargenomen object duidelijker is (voetganger, fietser, dier,…) met een betere beslissingsmogelijkheid.

Want dat alles wordt ook gekoppeld aan krachtigere ‘on board’ verwerking, zodat de grotere stroom van data ook zinvol en veilig kan worden verwerkt en aangewend. Feit is dat “vandaag 80 procent van alle vernieuwingen in de autowereld te maken hebben met het gebruik van ic-materiaal,” aldus Berthold Hellenthal, Audi AG. En dan is er de vloedgolf van geconnecteerde systemen en sensoren die op ons afkomt in het Internet of Things, of veeleer het Internet of Everything… Sensoren die alle mogelijke data – inclusief analoge gegevens – vergaren en zo snel mogelijk zinvol gebruik moet van worden gemaakt. Dat betekent zoveel mogelijk verwerking zo dicht mogelijk bij de plek waar de data worden gecapteerd, om een datatransmissie-infarct te voorkomen. Stuur kennis door, geen data (‘transmit wisdom, not data’), klinkt het dan, wat meteen een nieuwe uitdaging is voor de nanotechnologie.

Guy Kindermans

Van den hove : “de miniaturisering zal doorgaan, ze moet doorgaan !”