Definition

Was ist das "Ende von Moores Law"?

| Autor / Redakteur: Walter Schadhauser / Rainer Graefen

Bunt angeleuchteter Wafer zur Fertigung von DRAM-Chips.
Bunt angeleuchteter Wafer zur Fertigung von DRAM-Chips. (Bild: Intel)

50 Jahre ist es her, dass Intel-Mitbegründer Gordon Moore eine Gesetzmäßigkeit formulierte, die als Moore´s Law in die Annalen der IT-Geschichte eingegangen sind. Moore wagte 1965, als integrierte Schaltungen noch mit etwa 64 Transistoren auskamen, eine Regel aufzustellen, die lautete: Die Verdoppelung der Komponenten auf einem Chip wird innerhalb von 2 Jahren produktionstechnisch realisiert.

Bei "Moore´s Gesetz" geht es darum, dass sich die Anzahl der Transistoren pro Flächeneinheit innerhalb von weniger als zwei Jahren verdoppeln würden. Das erinnert an die Legenden über Sissa ibn Dahir, der als Erfinder des Schachspiels bekannt ist, und mittels der Schachbrettaufgabe seinem Herrscher Shihram ein wenig Lebensweisheit beibringen wollte. Nun sind es bei Intel zwar nicht wie beim Schach 18,45 Trillionen Weizenkörner geworden, aber nach über 50 Jahren Halbleitertechnik, bringen es moderne Prozessoren auf über 12 Milliarden Transistoren pro Chipfläche.

Diese ökonomische Regelmäßigkeit scheint nun an ein Ende zu kommen. Bereits seit Beginn des 21. Jahrhunderts ließ sich registrieren, dass die Verdoppelung der Transistordichte auf drei bis vier Jahre angewachsen ist. „Wir treten in eine wilde und chaotische Zeit ein“, sagt, stellvertretend für viele Experten, Doug Burger, Distinguished Engineer bei Microsoft, der unter anderem an FPGAs für den MS-Clouddienst Azure arbeitet. Für die nächsten Jahre ist noch eine weitere Verdichtung möglich, da mit modernen Lithographietechniken wie EUV (extreme Ultra-Violett) die Strukturbreiten im Halbleiter von aktuell 10/11 Nanometern noch auf 7 vielleicht auch auf 5 Nanometer reduziert werden können. Dann würden physikalische Tunneleffekte die Schaltwirkung von Halbleitern unterlaufen.

Bei dynamischen Speicherbausteinen, den DRAMs, ist schon heute zu sehen, dass eine weitere Verdichtung unmöglich ist. Der Kondensator zur Speicherung der Informationseinheit würde zu klein werden und wesentlich häufiger "refresht" werden müssen, um seine Information nicht zu verlieren. Temperatureffekte, Laufzeitprobleme, hohe Feldstärken und andere Effekte mehr, verursachen schon seit vielen Jahren immer größer werdende Probleme bei der Halbleiterfertigung. Der derzeit gängige Weg aus der Kapazitätsmisere ist ein dreidimensionaler Chip, der inzwischen Speicherzellen auf 64 bis 96 Lagen übereinander stapelt.

Während Intel 2015 in einer Pressemeldung zu 50 Jahren Moore´s Law noch Zuversicht verbreitete, "ein Ende des Moore’schen Gesetzes ist nicht in Sicht", mehren sich inzwischen die warnenden Stimmen. 2015 produzierte die Halbleiterindustrie ihre Chips noch mit 14 Nanometer-Strukturen. Heute sind wir bei 10 Nanometern angelangt und im Labor wird fleißig an 7 Nanometer geforscht. Das Ende von Moore´s Law steht uns vorerst bei einem drei- bis vierjährigen Entwicklungs- und Produktzyklus im Laufe des Jahres 2025 ins Haus.

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