Leuvense onderzoekers maken microchips efficiënter

Ingenieurs van de afdeling Micro-elektronica en Sensoren van de KU Leuven ontwikkelden een manier om hedendaagse microchips energie-efficiënter te maken. Ingenieur Nicolas Butzen spitste zich toe op de stroomconvertoren in dergelijke microchips. “Bij het omzetten van de spanning in zo’n stroomconvertor gaat een deel van de lading elektronen verloren”, legt hij uit. “We kunnen dat verlies minimaliseren door verschillende, kleinere stroomconvertoren te doen samenwerken.”

Driemaal zuiniger

Butzen ontdekte een manier om de lading verloren door één convertor de recycleren in een andere. Het resultaat is een stroomconvertor die driemaal efficiënter is dan het beste alternatief. “Daarmee is de grootste beperking van stroomconvertoren weggevallen.” Butzen denkt dat de grens van wat mogelijk is nog niet bereikt is, en dat nog zuinigere chips tot de mogelijkheden behoren.

Microchips voor leken

Dat er nood is aan efficiëntiewinst mag duidelijk zijn. De ingenieur vergelijkt een microchip met een stad, waarbij de transistoren de gebouwen zijn. Transistoren worden onderling verbonden met elkaar in steeds complexere schakelingen die de chip slim maken. Dergelijke logische verbindingen (kort door de bocht combinaties van onder andere EN-, OF- en NIET-poorten) noemt hij de wegen. De elektriciteit die door de transistoren en de verbindingen vloeit is in die analogie het verkeer.

Microchips worden steeds kleiner en bevatten steeds meer transistoren. Er zijn dus meer gebouwen die meer elektriciteit vereisen, wat voor files en verlies van efficiëntie zorgt. Volgens de KU Leuven gaat bij de nieuwste generatie smartphones maar liefst 30 procent van de stroom verloren aan de lagere efficiëntie. Dat is 30 procent van je batterij-autonomie die verdwijnt in de elektriciteitsfile, maar niet alleen smartphones kampen met het probleem. Ook op grote schaal, bijvoorbeeld in datacenters, gaat een flink deel van de elektriciteit verloren.

Treinstaking opgelost

De stadsanalogie nog steeds volgend zijn stroomconvertoren de treinstations. Ze verlagen de spanning op de chip, en beperken met andere woorden het verkeer. De inefficiëntie eigen aan die convertoren zelf zorgde daar voor problemen, een beetje te vergelijken met een het nut van de NMBS tijdens een treinstaking. Butzen maakte komaf met de stakingen, verhoogde zo de efficiëntie van de stations, en bewerkstelligde op die manier een daling in de filedrukte. In chiptaal: door de convertoren efficiënter te maken kunnen ze de spanning verlagen zonder zelf energie te verkwisten, waardoor de hele microchip efficiënter werkt.