Meer dan tien jaar geleden keek ik er al naar uit. Geen koper meer in je computer, maar glas. Helaas is het anno 2025 nog altijd geen realiteit op kantoor of thuis. Zonde.
Of het nu gaat om je smartphone of zelfs je desktopcomputer, de printplaten daarin werken met dunne laagjes koper. Als een soort snelwegen voor alle data die door de hele machine heen moet reizen. Op weg van de ene naar de andere chip, en uiteindelijk naar je beeldscherm.
Maar dit heeft een bekend nadeel: het zogenaamde skin-effect. Om dat uit te leggen moeten we even terug naar de basis. En dan heb ik het niet over enen en nullen; nee, dan gaan we heel even terug naar de absolute basis: natuurkunde. Want over al die koperen snelwegen in je apparaat razen elektronen.
Sommige mensen kennen misschien de wet van Moore: het aantal transistors op een chip verdubbelt ongeveer elke twee jaar. Dit betekent dat de rekenkracht van processors exponentieel toeneemt. Maar ergens lijken we een muur te hebben geraakt. En dat is logisch.
Het skin-effect is namelijk het verschijnsel waarbij wisselstroom (zoals in digitale signalen) zich voornamelijk aan de oppervlakte van een geleider beweegt. Met andere woorden: bij hogere frequenties reizen de elektronen niet door de hele dikte van de koperen baan, maar vooral langs de buitenkant. Als de stroom te snel of te hoog wordt, neemt de weerstand effectief toe en kan het signaal vervormen. Het is dus niet letterlijk zo dat elektronen “uit de bocht vliegen”, maar je kunt het beeld van uit de bocht gevlogen elektronen wel als metafoor zien voor signaalverlies of interferentie.
Soms wil je dit juist. Antennes bijvoorbeeld rekenen op dit skin-effect. Een antenne wil signalen uitzenden; daarbij lijkt het alsof de elektronen loskomen van de antenne, een koperen stok, en de wereld in gaan. Zo kunnen we radio ontvangen thuis, als je nog een FM-radio hebt althans. Om technisch helemaal correct te zijn: de elektronen zelf verplaatsen zich nauwelijks; het is het elektromagnetische veld dat zich verspreidt en zo het signaal verder dan de antenne draagt. Maar ik wijk af van mijn punt.
Voor onze onverzadigbare dorst naar snellere computers hebben we nodig dat elektronen hun bestemming netjes bereiken, ergens anders in hetzelfde apparaat.
En dus hebben we glas nodig. Want in glas kan informatie reizen met de snelheid van het licht. Dat is de ultieme droom. Voor zover bekend kan geen enkele informatie sneller reizen dan het licht. Die snelheid, grofweg 299.792 kilometer per seconde, is een mooi streven. Om dat even in perspectief te zetten: in koper is de signaleringssnelheid veel lager, ongeveer 200.000 kilometer per seconde in praktische omstandigheden (afhankelijk van de frequentie en de diëlektrische eigenschappen van het materiaal). Daarboven ontstaat signaalverlies, interferentie en warmteontwikkeling. We wilden een snellere pc, geen kachel.
Het wachten is op optische zenders (lasers) en ontvangers die klein genoeg zijn om in chips te passen. Als dat er komt, kunnen de koperbanen op PCB’s worden vervangen door glasvezel. In een ideale wereld zet een chip het signaal zelfs niet meer om en werkt hij ook intern volledig optisch.
We zitten een beetje klem in de nieuwe “kopertijd”, zo lijkt het. Maar laten we uitkijken naar de volgende stap, zodat we weer grote sprongen kunnen maken.