Geschreven door Door de jaren heen zijn er heel veel technieken complexer geworden en zijn er steeds meer grenzen bereikt als het gaat om het produceren van elektronische producten in consumenten elektronica en in de telecom. We hebben in minder dan drie decennia enorme ontwikkelingen meegemaakt. We hebben fysieke grenzen meerdere malen bereikt, en toch weten we die steeds verder op te rekken naar het punt dat alles onbereikbaar is.
De eerste computers werkten met ponskaarten. Kartonnen kaarten die informatie bevatten door middel van kleine ponsgaatjes die informatie representeren. Elke ponskaart had een opslag capaciteit van 80 bytes, oftewel: 80 tekens.
In 1943 beloofden J. Presper Eckert en John Mauchly de snelheidsbeperkingen van deze elektromechanische computers te verbeteren door een vacuümbuizen computer te bouwen. Met die vacuümbuizen was het mogelijk meer dan duizend maal sneller dan elektromechanische te rekenen.
De ENIAC; Electronic Numerical Integrator and Computer, had 22 vacuümbuizen nodig om één cijfer van een getal met 10 cijfers elektronisch weer te geven. Dat werden er meer: 220 vacuümbuizen voor een getal met 10 cijfers, 8800 voor 20 accumulatoren en meer dan 9.000 voor de vermenigvuldiging, deling, in- en uitvoereenheden. In totaal waren er 18.000 vacuümbuizen actief tijdens een rekenopgave.
Elke buis had een gloei spanning nodig om het elektronische proces in de buis op gang te brengen. Wie nog een oude radio in huis heeft staan zal het mee kunnen maken wat dat betekend. Wanneer je het apparaat aanzet duurt het minimaal een minuut voordat de radio gaat werken. Het begint vaak met een brommend geluid uit de luidspreker, wat langzaam veranderd in spraak of muziek. Dat is met de huidige stand van techniek ondenkbaar.
De tijd van buizen in radio’s en televisies heb ik nog net mee mogen maken. In de werkkamer van Jaap, boven het magazijn van onze winkel, stond een enorme kast met heel veel verschillende buizen. Jaap was onze reparatie specialist voor alle kapotte televisies. Het was zijn stille domein waar hij in alle rust aan het werk kon. Hij wist ook alles over die techniek. Ik heb er vaak stil bij staan kijken, maar ik had al heel snel door dat die technieken heel snel zouden worden ingehaald door nieuwe ontwikkelingen.
Buizen werden in een rap tempo ingehaald door de transistor. Transistoren waren veel kleiner verpakt en konden met kleinere vermogens hetzelfde doen als hun voorgangers. Dat betekende kleinere apparaten, kleinere accu’s en batterijen. De eerste echte draagbare apparatuur kwam op de markt.
In het begin van de jaren tachtig waren integrated circuits; IC’s algemeen goed. Een IC bevatte meerdere elektronische componenten, veelal transistoren, weerstanden en condensatoren. De eerste IC’s zaten in een kleine metalen behuizing met aan de onderkant een serie aansluitingen. De eerste pen was altijd gemarkeerd zodat je alles goed kon aansluiten. Veel IC’s werden verder ontwikkeld en in een DIP behuizing geleverd. Een rechthoekig zwart blokje met aan beide zijden een rij contacten.
Dit was het tijdperk van ontwikkelingen waar Jaap de greep op de techniek begon te verliezen en ik het voor een deel kon overnemen. Alles werd kleiner en vereiste een scherpe blik en steeds kleiner gereedschap om met deze elektronische componenten om te kunnen gaan.
Jaap kwam regelmatig met een print naar beneden om mij te vragen of ik zijn ogen mocht zijn. Bij veel van die printen hadden door warmte ontwikkeling een of meerdere componenten zichzelf los gesoldeerd. Dan pakte ik mijn kleine soldeerbout en begon alles na te lopen. Een minimale hoeveelheid tin toevoegen en het probleem was dan vaak opgelost. Dit waren vaak de circuits die voor de teletekst in een televisie zorgden.
Dezelfde veranderingen vonden ook plaats in de computer techniek. De eerste computers hadden printen vol met chips in DIP behuizing. Grote vierkant en rechthoekige plakken met aan twee zijden aansluit pennen. Dat veranderde al snel toen de LSI en VLSI chips werden ontwikkeld. Very Large Scale Integrated Circuits. Plotseling kon men miljoenen of zelfs miljarden transistoren op een chip bouwen. Met die chips bereikten wij de grens om iets te kunnen repareren.
Voor het vervangen van deze chips heb je gespecialiseerde apparatuur nodig. De soldeerbout maakt dan plaats voor een apparaat die hete lucht op de chip blaast. De chip krijgt hoge temperaturen te verwerken waarbij de contacten rondom of zelfs onder de chip loslaten. De chip wordt dan met een pincet of een kleine vacuum buis van de print verwijderd.
Dit was het tijdperk waarin we bij bepaalde reparaties moesten vertrouwen in de specialisten. De bedrijven die alles in huis hadden gehaald om deze technieken te kunnen repareren. Onze grenzen waren bereikt. Problemen van heel veel oudere apparaten konden we nog steeds prima verhelpen, maar met de groei van de markt werd dat aandeel steeds kleiner.
Met de komst van modulaire computer technieken werd de miniaturisering in een rap tempo verder ontwikkeld. Desktop computers werden modulair opgebouwd. Als basis een moederboard met daarop de microprocessor en het geheugen met daaromheen de controller chips. De overige onderdelen werden met kaarten uitgebreid die met insteek sloten werden aangesloten. Kaart kapot? Pak een nieuwe kaart, vervang de oude en stuur de defecte kaart op naar de importeur. Een vervangingsmarkt was geboren. Hetzelfde gebeurde ook met de compacte radio’s en televisies. Reparatie was vaak onmogelijk gemaakt. ‘Koop maar een nieuwe’.
In de huidige telecom markt is het niet veel anders. Ook daar zijn sinds het begin van het Internet de ontwikkelingen in een rap tempo ontwikkeld, maar alles blijft tot op de dag van vandaag modulair opgebouwd. Ongeacht de capaciteit en afmeting van de apparatuur.
Ga zelf maar na wat er allemaal is veranderd. De eerste modems waarmee we werkten hadden een snelheid van 1200 bits per seconde, oftewel 150 Bytes per seconde. Met de komst van Internet via DSL en Kabel ging dat al snel richting de 10 Megabits per seconde; 1.25 Miljoen bytes per seconde. De knooppunten in de wijken kregen die hoeveelheden data aangeleverd via 155 Mbit lijnen via SDH of ATM technieken. En door meerdere van die lijnen bij te bouwen werd die capaciteit uitgebreid.
Maar ook die technieken stonden niet stil. Chips werden opnieuw sneller, kleiner en konden meer verwerken; 622 Mbit, 2.4 Gigabit, 10 Gigabit en 40 Gigabit. Internet wordt nog steeds met de dag sneller. We hebben een bijna onverzadigde vraag naar meer. We kennen ruim 20 jaar later geen beperking meer in snelheid. Ook als ik kijk naar de elektronica bij ons thuis.
We zijn ook steeds meer draadloos gaan doen. Onze inmiddels mobiele apparatuur; laptops en mobiele telefoons en iPad’s zijn voorzien van chips met soms wel 20 Miljard transistoren. Twintig miljard! Vergelijk dat nog eens met de ponskaarten en de eerste computer met 18000 buizen. In 80 jaren hebben we een ongekende groei meegemaakt.
Repareren van kapotte kaarten of elektronica is nu echt bedoeld voor gespecialiseerde bedrijven. Daar komt bijna geen soldeerbout meer aan te pas. Electronica maakt ook steeds vaker plaats voor optische technieken. Dat is weer een ontwikkeling wat voor veel bedrijven ver over de grens gaat van hun kennis en kunnen.
Om nog zo’n mooi voorbeeld aan te halen over snelheden: de USB poort op je computer. Ooit begonnen met 11 Megabit, deze is inmiddels door ontwikkeld tot USB3.2 met snelheden tot 40 Gigabit/sec. We hebben het gewoon in huis. MacBook Pro die met een kabel verbonden is met een externe harddisk om foto’s en video’s op te slaan. En de volgende generatie is alweer klaar: 80 en 120 Gigabit. En natuurlijk moeten de chips meegroeien met die snelheden, of eigenlijk krimpen. De volgende generatie is 3 nanometer, oftewel: 0.000 000 003 meter.
Waar dit stopt? Geen idee. De productie processen bereiken grenzen die we tot voor kort niet mogelijk hielden. Tot voor kort is misschien net een jaar geleden. Totdat iemand met een idee komt om nog verder te gaan.
Ik denk zelf dat we het einde van het elektronische tijdperk langzamerhand hebben bereikt. We hebben quantum computers nodig en AI om de volgende stappen te kunnen ontwikkelen. De techniek groeit sneller als we zelf kunnen bedenken, bevatten en bouwen. Net als Jaap destijds met de komst van de IC’s en nu zijn wij binnenkort aan de beurt. Elektronica gaat veranderen naar optische schakelingen.
Computer (Internet) netwerken kennen een immense groei die elk jaar minimaal verdubbeld. Door steeds meer gebruik te maken van fotonen en optische schakelingen kunnen we de volgende generaties ontwikkelen. We moeten van alles opnieuw uitvinden en bouwen. Nieuwe chips zullen nog sneller worden en meer capaciteit krijgen. Voor computers zullen we steeds meer en sneller overstappen van elektrisch naar optisch.
Ik nader nu de leeftijd van Jaap. Met de komst van optische schakelingen houd het voor mij op om die minuscule hardware te kunnen repareren. De soldeerbout staat nog steeds naast mij op de kast. De Weller is bedoeld voor de elektronica hobby. Alles huidige techniek is microscopisch klein en kan bij een defect alleen maar vervangen worden. Bedenk: 20 miljard onderdelen op een chip is waar we nu, anno 2023 mee werken. Het zit allemaal opgesloten in een permanent gesloten behuizing. Een defect en je moet een hele unit vervangen.
Voor ons team op mijn werk ligt een hele belangrijke taak om die gevoelige apparatuur op de juiste manier te installeren, alles goed te controleren en vooral te onderhouden. Want de vraag naar meer capaciteit gaat gewoon door. We kunnen de huidige generaties computers en software (AI) inzetten voor de volgende stappen van reductie en daarmee opnieuw groeien. Waar het ooit ophoud? Sommige berichten zijn zeer verontrustend.