De wet van Moore nadert zijn einde en dat is gunstig voor bitcoin

De wet van Moore nadert zijn einde, schreef onder andere Mitchell Waldrop in het vaktijdschrift Nature. Oorzaken zijn het bereiken van de atoomgrens, waardoor stroomdraden simpelweg niet dunner kúnnen worden, en zogenoemde quantumeffecten die op deze minuscule schaal optreden. Mijn premisse is dat de wet van Moore zo’n sterke beschrijving was van wat er gebeurde, dat die een self-fulfilling prophecy werd, dat de voorspelde curve aan het afvlakken is en de wet binnenkort zijn functie verliest.

Maar first things first: wat ís Moore’s law?

Moore’s law

Computers zijn de afgelopen jaren veel sneller geworden. De meesten van jullie kunnen zich vast nog wel hun eerste spelcomputer herinneren. Die van mij was een Nintendo 64. De eerste spelcomputer waar je daadwerkelijk 3D games op kon spelen. Een processor met een kloksnelheid van 93,75 MHz, 4 MB werkgeheugen en een grafische chip van 62,5 MHz. Inmiddels, 25 jaar verder, heeft de nieuwste PlayStation een processor met een kloksnelheid van 3,5 GHz per kern, ongeveer 37 keer zo snel.

De drijvende kracht achter deze vooruitgang is Moore’s law, vernoemd naar Gordon Moore. Moore was een van de oprichters van Intel, in die tijd nog een onbekend bedrijf dat zich bezighield met het maken van computerchips. In 1965 deed hij de observatie dat het aantal transistors dat men op een computerchip kan “proppen” (letterlijk zijn woorden) elke twee jaar verdubbelt. Vrij vertaald: de rekenkracht van computers verdubbelt elke twee jaar.

Moore’s law is oorspronkelijk een economische wet. De kosten per transistor nemen namelijk af bij elke extra transistor die je toevoegt. Er was volgens Moore dus een economische stimulans om extra transistors toe te voegen. De extra rekenkracht die het toevoegen van de transistors met zich meebracht was een positief bijproduct.

De wet van Moore is in de eerste plaats een beschrijving van wat er in de wereld van computerchips gebeurt. Maar daar stopt het mijns inziens niet. Ik zie Moore ook als drijfveer van innovatie. Doordat de wet de ontwikkeling van transistors zo nauwgezet verklaarde, werd het een self-fulfilling prophecy. Het voortbestaan van de wet werd voor chipmakers zo een doel op zich.

Een wereld waar iedereen een computer thuis heeft staan - dat is het utopische beeld dat Moore de samenleving voorschotelde. Omdat deze beloftes uit bleken te komen, begonnen steeds meer mensen in de wet van Moore te geloven. Overheden en bedrijven begonnen miljarden uit te geven om een manier te vinden om de transistors die in de computerchips zitten nog kleiner te maken. De toename in rekenkracht bracht ons nieuwe innovaties, welvaart en ongekende luxe. Mobiele telefoons, zelfrijdende auto’s, virtual reality en AI: stuk voor stuk voorbeelden van innovatie die versterkt zijn door de drijvende werking van Moore.

De val van Moore's law

Nu begint de machine van Moore te horten en te stoten. Waar er eerst nog met chirurgische precisie elke twee jaar een verdubbeling plaatsvond, is dat sinds het laatste decennia niet meer zo. Zo duurde het bijvoorbeeld 5 jaar voordat Intel van de 14 nanometer chip overstapte naar de 10 nanometer chip. Dit ligt overigens ook aan Intel zelf, want Samsung en TSMC slagen er wel in om Moore’s law bij te benen. Inmiddels hebben deze fabrikanten al een 5 nanometer chip op de markt gebracht en zit de 3 nanometer chip in de pijplijn. Toch is er een goede reden waarom er een einde lijkt te komen aan de tweejaarlijkse verdubbelingen die door Moore beschreven worden: het wordt fysiek steeds moeilijker om de transistors nóg kleiner te maken. Er is letterlijk geen plek meer op de chip. Om Moore’s law vol te houden tot 2050 moet men vroeg of laat componenten kunnen maken die kleiner zijn dan een waterstofatoom. Dat is, voor zover we nu weten, onmogelijk.

Er is nog een belangrijkere reden waarom Moore’s law tot een einde komt. Het is economisch gezien voor steeds minder bedrijven winstgevend om onderzoek te doen naar manieren om transistors kleiner te maken. Waar vroeger de snelheid toenam of het energieverbruik afnam (of beide tegelijk) als de chip kleiner werd, is dat tegenwoordig steeds minder het geval (zie de grafiek hierboven). De onderzoeks- en productiekosten nemen juist toe naarmate de transistors nog kleiner worden. Zo kosten de EUV-machines die nodig zijn om de chips te produceren dubbel zoveel als de machines die gebruikt werden voor de vorige generatie chips. Deze trend zorgt ervoor dat veruit het grootste gedeelte van de halfgeleiders geproduceerd worden door drie bedrijven: Intel, Samsung en TSMC. Hoewel deze bedrijven constant bezig zijn de productiecapaciteit te vergroten, duurt het soms jaren voordat de nieuwe chipfabrieken gebouwd zijn. Ondertussen neemt de vraag naar chips (mede door de coronapandemie) nog steeds toe. Het resultaat is een wereldwijd tekort aan chips, maar daarover later meer.

Met het verdwijnen van Moore’s law volgt een tijdperk waarin het krachtiger en kleiner worden van computers geen gegeven meer is. Het wordt lastiger om vooruitgang te voorspellen en technologische doorbraken laten vaker op zich wachten. Dat is een probleem, want veel toekomstige innovaties zijn daar wél van afhankelijk.

Oplossingen

De kracht van het geloof in Moore’s law is dat het om de paar jaar alles verbeterde. Het belangrijkste was misschien nog wel de bijna metronomische regelmatigheid waarmee die verbetering plaatsvond. Aan die regelmatigheid lijkt nu een einde te komen. Nederlands trots ASML wringt met pijn en moeite het laatste beetje sap uit Moore's law. Gelukkig is Moore’s law niet de enige drijvende factor achter technologie. Een trend is dat, waar Moore’s law wegvalt, specialisatie het overneemt. Wat voorbeelden.

Je zou kunnen zeggen dat programmeurs door de jaren heen lui zijn geworden. Het maakte weinig uit of software efficiënt gebruik maakte van de beschikbare resources, omdat de rekenkracht van computers om de paar jaar fors toenam. Door betere code te schrijven kan er met de huidige generatie chips nog veel vooruitgang worden geboekt. Een mooi voorbeeld hiervan is de computer aan boord van de Apollo 11. Een anekdote die je vaak langs hoort komen is dat je iPhone 100.000 keer sneller is dan de computer in de Apollo 11. Hoewel dit verhaal klopt, doet het afbreuk aan de fantastische prestatie van de softwareontwikkelaars van NASA. De software die gebruikt is bij de maanlanding maakte enorm efficiënt gebruik van de beschikbare hardware. Hier zullen we de komende tijd een voorbeeld aan moeten nemen.

Als er op de grond geen ruimte meer is, waar bouw je dan je huis? Dat is een vraag die architecten al jaren geleden hebben opgelost. In elke grote stad vind je wolkenkrabbers van tientallen verdiepingen. Met computerchips kan je hetzelfde doen. Moore’s law richtte zich vooral op het toevoegen van transistors op hetzelfde oppervlakte. Het stapelen van transistors zou een prachtige oplossing zijn, ware het niet dat het lastig is om deze “3D” chips te koelen. Een andere oplossing die steeds vaker voorkomt zijn zogenaamde "chiplets".

Een andere trend die je steeds vaker ziet zijn chips die speciaal ontworpen zijn voor 1 specifieke taak. Dat kan het renderen van een film zijn, het draaien van Artificial Intelligence of, je raadt het al, het minen van bitcoin. Het nadeel van deze chips is dat ze niet breed inzetbaar zijn.

De laatste oplossing is gebruik maken van grote datacenters. In een datacenter is genoeg ruimte om extra computers neer te zetten als er niet genoeg rekenkracht is. Die luxe heb je thuis niet (althans: mijn vriendin zit niet te wachten op nóg een gaming desktop met LED-lampen in alle kleuren van de regenboog).

Gevolgen voor bitcoin

Genoeg oplossingen dus, maar wat betekent het verdwijnen van Moore’s law voor bitcoin? Het goede nieuws: bitcoin loopt op technologisch vlak eigenlijk al voor op de rest van de markt.

Als miner heb je nooit ‘genoeg’ rekenkracht. Meer rekenkracht betekent een voorsprong op je concurrenten en een hogere kans op de block reward. In 2010 kon je nog met je CPU minen, in de jaren daarna moest je al met een GPU (videokaart) op de proppen komen. In 2013 werden de eerste ASIC-miners geproduceerd. Deze apparaten zijn specifiek ontworpen met het doel om bitcoin te minen. Specialisatie, dus.

Een andere trend is de centralisatie van rekenkracht. Door de komst van ASIC-miners is het onmogelijk om als consument nog winstgevend te minen. Er zijn professionele, gespecialiseerde bedrijven ontstaan die duizenden ASIC-miners in grote loodsen laten minen naar bitcoin. Deze opzet biedt schaalvoordelen, waardoor het voor deze bedrijven makkelijker is om hun apparatuur te koelen, afspraken te maken rondom energieprijzen en de huur van het pand.

Kortom, de sector is al sterk gespecialiseerd en er is rond bitcoin en bitcoin-mining ook geen directe noodzaak om het aantal nanometers van de gebruikte chips te verkleinen. De impact van het aflopen van Moore’s law zal daarom op bitcoin beperkter zijn dan op andere sectoren.

Dat Moore’s law naar de achtergrond verschuift, kan ook impact hebben op de energiemarkt rond bitcoinmining. Zoals de grafiek hierboven laat zien, duurt het steeds langer om de chips die gebruikt worden in ASIC-miners kleiner en efficiënter te maken. Een effect hiervan is dat apparatuur minder snel vervangen hoeft te worden. Hierdoor hebben miners langer de tijd om hun investering in de benodigde hardware terug te verdienen. Dit opent de deur om bitcoinmining te gebruiken als aanvulling op groene stroom en batterijen. Op momenten van energieoverschot, als de zon volop schijnt en de wind waait, kan men bitcoin minen. Dit zorgt ervoor dat deze energie niet verloren gaat. Een vereiste voor dit plan is dat de miners weer uitgezet kunnen worden als er géén overschot is. Hoe langer de miningapparatuur meegaat, hoe groter de kans dat dit scenario werkelijkheid wordt.

We hadden het eerder in deze Alpha-editie al over het tekort aan computerchips. Door de gestegen vraag en het gelijk gebleven – of zelfs gedaalde – aanbod, is er over heel de wereld een tekort aan chips. Tel daarbij op dat wereldwijd toevoerketens ontregeld zijn door het gebrek aan zeecontainers in China. Dat is een probleem voor fabrikanten van miningapparatuur, omdat die doorgaans niet vooraan staan bij de grote chipfabrikanten. Techreuzen als Apple hebben meer kapitaal om hun plekje op de eerste rang te verzekeren. Dit zorgt ervoor dat de nieuwste ASIC-miners uitverkocht zijn en voorlopig niet geleverd kunnen worden. Ook dit fenomeen draagt, zij het tijdelijk, bij aan een langere levensduur van de huidige generatie miningapparatuur.

Ik zie de toekomst zonnig in voor bitcoinmining. Bitcoin is al jaren geleden begonnen met wennen aan een wereld waarin Moore’s law naar de achtergrond verschoven is. En als mininghardware in de toekomst langer meegaat, zullen miners op andere factoren met elkaar gaan concurreren. De meest voor de hand liggende plek waar dit zal gebeuren is op het gebied van energie. Wie de goedkoopste energie kan vinden, is immers het meest winstgevend. Dat brengt nieuwe bedrijfsmodellen met zich mee, waardemodellen die vermoedelijk hand in hand gaan met het gebruik en de productie van duurzame energie. Of, zoals Square en ARK Investment het formuleren: ‘Bitcoin is Key to an Abundant, Clean Energy Future’.