Knipchip

Zou de chipknip ook al als wipknip geaccepteerd worden? Ik denk van niet, want alleen Arnhemmers hebben een chipknip, en die hebben het weer niet op dames van lichte zeden. Ik heb dan ook geen chipknip, maar wel een ander leuk hebbedingetje: een 'Voice It'. Een personal note recorder zo groot als een PIN-pas, en maar een halve centimeter dik. Toch passen er zo'n twintig seconden spraak op, en heeft het een microfoontje annex luidspreker en knoppen voor het opnemen, afspelen, doorspoelen en wissen. Er is zelfs een even kleine veertig-secondenversie met nog wat meer mogelijkheden. En het moet gezegd: het werkt probleemloos en de kwaliteit van het geluid is prima. Ik gebruik hem zelfs, en dat wil wat zeggen.

Vier knoopcellen zorgen voor de aandrijving. Maar niet voor het bewaren van de ingesproken berichten, dat gebeurt zonder energieverbruik. Wat dat betreft is de Voice It net een chipknip: die bewaart het saldo van de eigenaar ook zonder energieverbruik, terwijl het saldo net als de boodschappen op de Voice It, veranderbaar is.

Het lijkt een waar wonder: alle andere informatiedragers bezitten ofwel bewegende delen voor lezen en schrijven, zoals disk(ette)s en tapes, óf ze kunnen informatie niet vasthouden zonder energie te verbruiken, zoals het RAM-werkgeheugen van een computer, óf de informatie erop ligt voor eeuwig vast, zoals bij ROM (Read Only Memory). CD's en platen zijn zelfs nog beperkter: je kunt hun inhoud niet veranderen en ze hebben een mechanische schrijf- en leeskop nodig. Maar chipknips en Voice Its kunnen alles tegelijk: er zitten geen bewegende delen in, de informatie erop is veranderbaar, en toch kost het bewaren ervan geen energie. Hoe kan dat dan?

Stelt u zich even een kalkstenen berg voor, met onderin een druipsteengrot. Een berg die is dooraderd met miljoenen minuscule kanaaltjes die splitsen, bij elkaar komen, doorgaan of doodlopen. Als het regent op de berg, dan sijpelt het water, dat overal even hard valt, door al die kanaaltjes naar beneden, zich onderweg verzadigend met opgeloste kalk, en komt uiteindelijk in de grot terecht. Maar er is onderweg iets veranderd: op sommige plekken komt veel water door het plafond, op andere niets, en weer ergens anders maar een beetje. Aan de stalagtieten en stalagmieten kun je dat zien: het patroon waarin eeuwenlang het water naar binnen sijpelde, en dat bepaald werd door de loop en verbindingen van de kanaaltjes in de berg. De verdeling van het druipsteen verraadt de structuur van de berg, al kent niemand de code om die informatie te interpreteren.

Een chip lijkt wel wat op zo'n berg: aan de ene kant zitten een boel ingangen, waardoor stroom naar binnen vloeit. Bij de uitgangen aan de andere kant komt die stroom er weer uit, maar nu in een ander patroon, afhankelijk van hoe de stroomkanaaltjes in de chip met elkaar verbonden zijn of doodlopen. Het verschil tussen instroom- en uitstroompatroon is de informatie die in de chip ligt besloten. Wie de codes kent, kan die informatie interpreteren en gebruiken.

Het patroon dat in de chip bestaat hangt af van schakelaartjes, transistoren, die ofwel geleiden, of niet. Die transistors bestaan uit een laagje silicium en een geleidend plaatje daarboven, de gate genoemd, gescheiden door een laagje isolerend oxide. Die gate is een soort aftapkraan voor de stroom die door het silicium loopt: komt er stroom uit de gate, dan geleid de transistor. Het opendraaien van de kraan gebeurt door een positieve spanning op de gate te zetten. Die trekt elektronen uit het silicium aan. Is de spanning groot genoeg, dan beginnen die elektronen vrij te bewegen door de isolerende tussenlaag, en geleid de transistor. Hoe groot de spanning daarvoor moet zijn, de drempelwaarde van de transistor, hangt af van minieme verontreinigingen in het silicium. Je zou dus zeggen dat die waarde permanent vastligt, en daarmee het patroon dat alle transistoren samen bij een bepaalde spanning vormen.

Maar dat hoeft niet, wist uiteindelijk Nick van der Meijs van de TU Delft te vertellen. Er is een manier om de drempelwaarde van een transitor te veranderen. Daarvoor moet er tussen de gate en het silicium nog een tweede plaatje geleidend materiaal komen, dat zelf nergens contact mee maakt. Een zwevende gate, heet dat. Door nu even een extra hoge spanning door het silicium te sturen, zodat de elektronen daarin wild beginnen rond te dansen, kun je die zwevende gate vullen met uit de siliciumlaag opstuiterende elektronen, die er vervolgens niet op eigen kracht meer uitkunnen, omdat de zwevende gate immers helemaal geisoleerd is. Zo'n volle zwevende gate werkt als een demper op de aantrekkingskracht die de gewone gate bij normale spanning op de siliciumlaag uitoefent. Met andere woorden: de drempelspanning om de transistor geleidend te maken is verhoogd, permanent, zonder verdere energiekosten. En dat betekent dat het stroompatroon in de chip veranderd is, en daarmee de informatie die hij bevat: een op die manier geblokkeerde transistor is het equivalent van één veranderde bit. En genoeg van die al dan niet omgezette bits vormen een banksaldo, of een stukje spraak.

Zo'n veranderbaar geheugen heet Erasable Programmable ROM (EPROM): wisbare programmeerbare ROM, dat daarmee dus geen ROM meer is, maar alla. Hoewel je individuele transistors kunt blokkeren op de manier hierboven, kun je die blokkade doorgaans alleen met grof geweld opheffen, voor de hele chip tegelijk. Bij klassieke EPROMs gaat dat met ultraviolet licht, in een minuut of twintig. Maar bij nieuwere typen kan het ook met elektriciteit, en veel sneller. Dat zijn dan EEPROMs (Electrically Erasable en zo voort). De gewoonste heet ook wel Flash-ROM, omdat hij, net als de EPROM, alleen maar in één klap gewist kan worden. Maar er zijn zelfs soorten die, door slim gebruik van een extra voorschakeltransistor voor elke transistor, schakelaartje voor schakelaartje weer te ontladen zijn. Zulke EEPROMs zijn, uiteraard, relatief duur.

Vandaar dat er in de chipknip nog wel een Flash-ROMmetje zal zitten: om het saldo volledig aan te vullen hoef je het ding maar te wissen, waarna het leesapparaat op de toonbank bij elke betaling een aantal transistoren blokkeert. Het is gewoon een knipkaart: staat die vol met knipjes, dan is uw krediet op, en zo is het met de chipknip ook. Het is een knipchip. Voice It, Voice It Technologies Inc., importeur: Doxtar, Naarden, 02159-51884