Chip-Entwicklung – physikalische Grenze: Kleiner geht’s nicht mehr
Die ersten Computer füllten fast jeden Raum, einige Jahre später noch immer recht groß und dann ziemlich klobig. In der heutigen modernen Zeit der Technik besitzt ein normales Smartphone eine Rechenleistung von 120 Millionen Mal des Steuercomputers des Apollo-Mondprogramms der NASA in der damaligen Zeit. Im Jahr 1994 wäre damit das iPad 2 auf die Liste der schnellsten Supercomputer weltweit gesprungen. Diese Entwicklung wäre kaum ermöglicht worden, wenn es die kleinen, leistungsfähigen und dennoch günstigen Chips nicht gegeben hätten. Die Chipindustrie ist jetzt wohl an einem Punkt angelangt, an dem das Prinzip des exponentiellen Wachstums verworfen oder neu überdacht werden muss. Wird der digitalen Revolution jetzt den Schwung genommen, wo es gerade anfängt, nahezu jeden Lebensbereich zu durchdringen?
Für die Herstellung der Chips galt jahrzehntelang die einfache Regel des Chemikers und Physiker Gordon Moore, er hat den heute weltgrößten Halbleiterhersteller Intel mitgegründet. In der Zeitschrift „Electronics“ gab er im April 1965, nach der bisherigen Entwicklung, die tatsächlich 50 Jahre lange Gültigkeit an. Er stellte fest, die Anzahl der Schaltkreiskomponenten auf einem integrierten Schaltkreis werden sich Jahr für Jahr verdoppeln und das würde sich in Zukunft zunächst nicht ändern. Diese Prognose wurde später auf eine Zeitspanne von zwei Jahren befristet.
Das Ende vom Mooreschen Gesetz
Die Industrie hat das Mooresche Gesetz zum Leitsatz erkoren, als Prognose zum selbstverständlichen Pfeiler. Die lange Haltbarkeit hat selbst Moore Law nicht erwartet. Apple oder Microsoft konnten viele Jahrzehnte darauf vertrauen, dass Chips dieser Voraussage entsprachen. Wann die Entwicklung der immer kleiner werdenden Computerchips mit noch mehr Leistung ins Stocken kommt, wurde bereits in den Neunzigern diskutiert. Die Techniken des Verfahrens der Chiphersteller wurden verfeinert, jeder Vorteil wurde genutzt, sie sensibilisierten ihre Verfahrenstechniken, reizten jeden Vorteil und die Zeit aus – bis heute.
Das Mooresche Gesetz hat wohl nun sein Ende gefunden. Physikalische Grenzen können nicht überschritten werden. Im Februar wurde das bevorstehende Ende des Schrumpfprinzips verlautet. Die Dauer der Entwicklung von einer Generation zur nächsten der Intel-Mikroprozessoren könnte sich auf zweieinhalb Jahre verlängern. Der von Moore festgelegte zweijährige Zeitraum ist wohl nicht einzuhalten. Denn es ist unwahrscheinlich, dass es sich lediglich um ein zeitlich vorübergehendes Entwicklungsloch handelt.
Kleiner als ein paar Atome ist nicht möglich – und rechnet sich auch nicht
Die Chipindustrie rechnet bereits in Millionstel Millimetern, also in unvorstellbar kleinen Größen. Diese Strukturbreiten können mit dem bloßen Auge nicht mehr erkannt werden. Der moderne Prozessor mit wenigen Quadratmillimetern Größe enthält heute mehrere Milliarden Transistoren. Bei Intels 4004-Prozessor waren es 1971 nur 2300 Transistoren.
Wenige Atome breit sind die heutigen Leiterbahnen. Bei dieser Winzigkeit kommen die Gesetze der Quantenmechanik zum Tragen, diese bringen das Verhalten der Teilchen durcheinander. Voraussichtlich schafft es die aktuelle Siliziumtechnologie nur noch bis sieben oder gar fünf Nanometer, denn weiter zu minimieren ist nicht möglich. Nun stellen wir uns die Frage, was kommt danach?
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