Veel smartphones van topkwaliteit bevatten geen opladers meer in de doos. Dit betekent dat je ofwel je oude USB-muuradapter moet gebruiken of apart een oplaadsteen moet kopen.
Maar is het, met ons toenemend aantal USB-gevoede versnellingen, verstandig om een USB-adapter met één poort te kopen? En als u meerdere snellaadapparaten heeft, hoe kunt u dan tegelijkertijd snel opladen op één enkele adapter?
Dit is waar de GaN-oplader om de hoek komt kijken. Maar wat is het? Hier is een blik op de toekomstige oplaadstenen, computers en nog veel meer.
Hoe snelladers werken
De eerste smartphones hadden batterijen die beperkt waren tot vijf watt oplaadsnelheden. Fabrikanten deden dit om oververhitting van een batterij te voorkomen, wat de levensduur zou kunnen verkorten of zelfs catastrofale storingen zou kunnen veroorzaken.
Toen er echter nieuwe technologieën opkwamen, begonnen batterijen een grotere capaciteit te krijgen in de hoeveelheid lading die ze bevatten en de energie die ze kunnen gebruiken om op te laden. En om ervoor te zorgen dat ze niet te veel stroom verbruiken, wat zich vertaalt in meer warmte, implementeerden makers interne circuits die de stroom regelden.
Dit systeem weet hoeveel spanning en amperage de batterij kan accepteren en zal dus communiceren met de oplaadsteen. De telefoon kan de oplaadsteen ook vertellen welk type USB-kabel je gebruikt, hoeveel de batterij is opgeladen en verschillende andere details.
In wezen zijn moderne USB-oplaadstenen computers zelf. Ze hebben kleine borden die de informatie van je apparaat verwerken en ze passen hun output indien nodig aan. Vanwege deze vereiste zijn opladers echter groter en zwaarder geworden.
Het geheim van galliumnitride
Dit is waar galliumnitride om de hoek komt kijken. Zoals u waarschijnlijk weet, worden computers tegenwoordig gemaakt van siliciumchips. Dit gebeurde omdat silicium een overvloedig element is en relatief gemakkelijk om mee te werken. Het is ook een uitstekende halfgeleider vanwege de instelbare elektrische eigenschappen.
Er is echter ontdekt dat galliumnitride of GaN een nieuwer, beter alternatief is voor silicium. Dit materiaal is beter in het geleiden van hogere spanning gedurende langere tijd in vergelijking met silicium. Elektrische stromen gaan er ook sneller doorheen, wat een snellere verwerking mogelijk maakt.
Deze betere geleidbaarheid leidt tot een hoger rendement. Dat komt omdat het niet zoveel energie nodig heeft om dezelfde output te krijgen in vergelijking met siliciumtransistors. Het stelde fabrikanten ook in staat chips te maken in een dichtere, compactere vorm, omdat minder energie minder warmte betekende. GaN-chips hebben ook een hogere spanningscapaciteit en zijn beter bestand tegen hitte, perfect voor toepassingen met vermogensoverdracht.
Al deze eigenschappen maken GaN perfect voor laadtechnologieën. Het kan hetzelfde vermogen produceren als siliciumchips zonder zoveel ruimte in beslag te nemen, minder warmte te produceren ondanks een hoog wattage, en is energiezuiniger. Daarom kunt u kleine GaN-power-stenen kopen die meerdere apparaten snel kunnen opladen, terwijl ze dezelfde grootte behouden als uw standaardlader.
Meer dan opladen
GaN-chips zijn niet beperkt tot oplaadtechnologieën. In de jaren negentig werd GaN zelfs voornamelijk gebruikt in LED's. Dit materiaal maakte de ontwikkeling mogelijk van witte LED's en heldere, bij daglicht zichtbare LED-schermen.
Blu-ray-spelers gebruikten het ook als een op GaN gebaseerde blauwe laser. Deze laser had een kortere golflengte van 405 nm, waardoor hij informatie beter en nauwkeuriger kon lezen. Daarom kunnen Blu-ray-schijven meer informatie bevatten in vergelijking met dvd's.
Draadloze en radiofrequentie-infrastructuren maken ook gebruik van op GaN gebaseerde chips vanwege hun efficiënte werking in hoogspanningsomgevingen. Je vindt het zelfs in elektrische auto's, dankzij hun hittebestendige eigenschappen.
GaN-chips vonden ook militaire toepassingen. Sinds 2010 zijn ze geïnstalleerd in actieve, elektronisch gescande array-radars, waardoor het Amerikaanse leger systemen kan inzetten met betere mobiliteit en lagere kosten, terwijl er minder personeel nodig is.
Waarom we (nog) geen Gallium-computers hebben
Een van de belangrijkste redenen waarom we nog geen op gallium gebaseerde computers hebben, zijn de kosten. Hoewel verwacht wordt dat siliciumtechnologie binnen enkele jaren de theoretische limiet van zijn ontwikkeling bereikt, is de meeste chipinfrastructuur erop gebaseerd, waardoor siliciumchips op grote schaal beschikbaar zijn.
Deze alomtegenwoordigheid maakt het economisch en gemakkelijk te produceren. Omdat het al meer dan 50 jaar in gebruik is, is het nu al standaardtechnologie. Voorlopig houden de meeste chipmakers vast aan silicium omdat de markt daar om vraagt.
Bovendien vereist de overstap naar GaN-chips uitgebreide investeringen in nieuwe ontwerpen, processen en apparatuur. Bedrijven zullen hun systemen moeten aanpassen om zowel op silicium als op GaN-materiaal te kunnen werken.
Gerelateerd: Hoe Quantum Computing de wereld zou kunnen veranderen
Afgezien van de kosten, hebben GaN-productieprocessen meer verfijning nodig. In het jaar 2000 hadden gefabriceerde siliciumkristallen slechts honderd defecten of minder per vierkante centimeter. Aan de andere kant had GaN ongeveer tien miljoen keer meer onzuiverheden.
Dit is sindsdien verbeterd tot meer beheersbare niveaus, maar het is nog steeds niet zo efficiënt om te produceren in vergelijking met silicium. Naarmate er echter meer onderzoek en ontwikkeling wordt gedaan naar galliumnitride, kunnen we verwachten dat de output gelijk of zelfs beter zal zijn dan die van silicium.
De siliciumlimiet
Wat uiteindelijk zal aandringen op de wijdverbreide acceptatie van GaN-technologie, is de siliciumlimiet. Onze technologische trend steunt immers op betere miniaturisatie en efficiëntie.
Computers waren bijvoorbeeld ooit kamergrote machines die kolossale vacuümbuizen gebruikten die veel energie nodig hadden om te werken. De uitvinding van de siliciumhalfgeleider stelde ons vervolgens in staat om dezelfde kracht in een chip ter grootte van een vingernagel te stoppen.
Daarom is je huidige smartwatch krachtiger dan de boordcomputer van de Apollo 11 die in 1969 de eerste mensen naar de maan bracht.
In 1965 zei Gordon Moore, de onderzoeks- en ontwikkelingsdirecteur van Fairchild Semiconductor en de toekomstige voorzitter van Intel Corporation, dat transistors op geïntegreerde chips elke twee jaar zouden verdubbelen.
Gerelateerd: Waarom is er een wereldwijd chiptekort en wanneer zal het eindigen?
Deze voorspelling is grotendeels uitgekomen. In 1971 hadden chips minder dan 5.000 transistors. Maar tegenwoordig hebben zelfs mobiele processors meer dan 10 miljard transistors. De nieuwste consumentenprocessors hebben een 5nm-transistor en we verwachten dat deze in 2024 zal krimpen tot 2nm.
Hoewel fabrikanten nog steeds een manier vinden om silicium te miniaturiseren, zullen we binnenkort zijn fysieke limieten bereiken. Het siliciumatoom is ongeveer 0,2 nm groot, waardoor stroomtransistoren ongeveer 25 atomen breed zijn.
Het 2nm-proces betekent dat we slechts ongeveer tien siliciumatomen per transistor zullen hebben. Als we daaronder gaan, wordt de transistor onstabiel en moeilijk te besturen.
De toekomst is GaN
Om deze redenen zien velen GaN als de toekomstige vervanging van silicium. Zijn eigenschappen maken het ongeveer duizend keer efficiënter dan silicium. Dus als je een 10nm GaN hebt, kun je verwachten dat deze veel krachtiger is dan een op silicium gebaseerde chip van vergelijkbare grootte.
Aangezien silicium langzaam maar zeker zijn maximale miniaturisatiegrootte zal bereiken, zal GaN-technologie uiteindelijk de computerwereld overnemen. Kijk dus eens goed naar uw snelle GaN-oplader, want dat zal de toekomst hoogstwaarschijnlijk zijn: compact, efficiënt en krachtig.