Ist das Mooresche Gesetz veraltet?

1965 veröffentlichte die Zeitschrift Electronics einen Artikel von Dr. Gordon E. Moore, dem Direktor für Forschung und Entwicklung bei Fairchild Semiconductor. Moore betitelte den Artikel "Cramming more components on integrated circuits". Er beobachtete, dass Halbleiterunternehmen wie Fairchild die Anzahl diskreter Komponenten auf einem Quadratzoll Silizium alle 12 Monate verdoppeln könnten.

Dies ist eine Art exponentielles Wachstum. Ein 1964 hergestellter Chip mit Quadratzoll (6,5 Quadratzentimeter) hätte nur halb so viele Komponenten – wie Transistoren – wie ein 1965 hergestellter Chip. Moore sagte voraus, dass sich dieser Trend unendlich fortsetzen würde, bis die Chiphersteller auf grundlegende Hindernisse stoßen, die sie blockieren ihre Fortschritte.

Moores Beobachtung hing von zwei wichtigen Faktoren ab: dem technologischen Fortschritt und der Wirtschaftlichkeit der Massenfertigung. Damit seine Beobachtung gültig bleibt, müssen wir innovativ sein und neue Wege finden, um immer kleinere Elemente auf einem Chip zu erzeugen. Aber wir müssen auch sicherstellen, dass der Herstellungsprozess wirtschaftlich ist, sonst gibt es keine Möglichkeit, die weitere Entwicklung zu unterstützen.

Heute nennen wir Moores Beobachtung Moores Gesetz . Trotz des Namens ist es nicht wirklich ein Gesetz. Es gibt keine grundlegende Regel im Universum, die angibt, wie leistungsfähig eine neu hergestellte integrierte Schaltung zu einem bestimmten Zeitpunkt sein wird. Aber das Mooresche Gesetz ist zu einer Art sich selbst erfüllender Prophezeiung geworden, da die Chiphersteller darauf drängen, mit den Vorhersagen Schritt zu halten, die Dr. Moore bereits 1965 gemacht hat. Ob aus Stolz oder einfach aus dem Wunsch heraus, auf dem Markt führend zu sein, Unternehmen wie Intel haben Milliarden von Dollar in Forschung und Entwicklung investiert, um Schritt zu halten.

Ist diese fast 50 Jahre alte Beobachtung also noch aktuell?

Es scheint, dass mit jedem Jahr, das vergeht, irgendein Technologieexperte oder Journalist voraussagt, dass Moores Gesetz zu Ende gehen wird. Die Komponenten der heutigen Mikroprozessoren sind jetzt im Nanomaßstab – eine Größenordnung, die so winzig ist, dass Sie einzelne Elemente nicht einmal mit einem leistungsstarken Lichtmikroskop sehen können. Die Physik verhält sich bei dieser Größe anders und die Quantenmechanik beginnt, die klassische Physik zu übernehmen. Die Dinge werden ziemlich seltsam.

Da ist zum Beispiel Quantentunneln. Stellen Sie sich vor, ein Elektron ist kein Teilchen mit einer definierten Position. Stattdessen ist es ein Teilchen, das sich wie eine Welle verhält. Die Aufenthaltswahrscheinlichkeit des Elektrons variiert innerhalb der Welle. In gewisser Weise sieht die Welle wie eine Glockenkurve aus – die schmalen Enden stellen Bereiche dar, in denen es möglich – aber nicht wahrscheinlich – ist, dass sich das Elektron aufhält. Der breite mittlere Abschnitt stellt den Bereich dar, in dem das Elektron am wahrscheinlichsten zu finden wäre.

Wenn sich diese Welle einer Barriere nähert, z. B. einer Lücke zwischen zwei Leitern, kann ein Ende der Welle die Barriere überlappen und den anderen Leiter berühren. Das bedeutet, dass das Elektron das Potential hat, auf der anderen Seite der Lücke zu sein. Wenn das Potential da ist, bedeutet das manchmal, dass das Elektron auf der anderen Seite ist. Es ist, als ob das Elektron direkt durch die Barriere getunnelt wäre.

In einem Mikroprozessor würden wir dies als eine schlechte Sache bezeichnen. Sie können sich einen Mikroprozessor als ein komplexes Straßensystem vorstellen, durch das sich Elektronen bewegen können. Transistoren in den Mikroprozessoren sind Tore – sie regeln den Verkehrsfluss. Ein geschlossenes Gate sollte keine Elektronen passieren lassen. Aber wenn man die Gates dünn genug macht – diese Elemente weiter verkleinert, um mit dem Mooreschen Gesetz Schritt zu halten – fängt man an, auf Quantenprobleme wie Elektronentunneln zu stoßen. Elektronenlecks verursachen Computerfehler, da der Mikroprozessor bei seinen Berechnungen falsche Ergebnisse erhält.

Im Laufe der Jahre haben Ingenieure neue Wege gefunden, Transistoren im Nanomaßstab zu bauen und gleichzeitig Effekte wie Quantentunneln zu minimieren. Manchmal beinhaltet dies die Verwendung eines anderen Materialtyps innerhalb der Transistorgates. Manchmal bedeutet es, ein dreidimensionales Gatter zu erstellen, um die Effizienz des Mikroprozessors zu steigern. Diese haben Unternehmen geholfen, mit den Vorhersagen des Mooreschen Gesetzes Schritt zu halten. Aber ein weiterer Grund, warum Moores Gesetz nicht verschwunden ist, ist, dass wir immer wieder an der Definition herumspielen.

Ursprünglich deckte das Mooresche Gesetz ein ziemlich spezifisches Konzept ab: Die Anzahl diskreter Komponenten auf einer neu hergestellten integrierten Schaltung verdoppelt sich alle 12 Monate. Heute fälschen wir diese Zahl ein wenig – Sie werden Leute in der Technologiebranche sagen hören, dass dies alle 18 bis 24 Monate der Fall ist. Und wir sprechen nicht nur über die Anzahl der Elemente auf einem Chip.

Eine gängige Art, Moores Beobachtung umzuformulieren, besteht darin, zu sagen, dass sich die Rechenleistung von Mikroprozessoren für eine bestimmte Zeitspanne (wiederum normalerweise zwischen 18 und 24 Monaten) verdoppelt. Das bedeutet nicht unbedingt, dass 2012 doppelt so viele Transistoren auf einem Chip sind wie 2010. Stattdessen finden wir möglicherweise neue Wege, um Chips effizienter zu gestalten und die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu steigern, ohne dass dies erforderlich wäre exponentielles Wachstum.

Indem wir das Mooresche Gesetz neu definiert haben, sodass wir eher die Verarbeitungsleistung als physische Komponenten betrachten, haben wir die Nützlichkeit der Beobachtung erweitert. Unternehmen können Fortschritte in der Fertigungstechnologie mit besseren Mikroprozessorarchitekturdesigns kombinieren, um mit dem Gesetz Schritt zu halten.

Ist eine solche Neudefinition des Mooreschen Gesetzes mit Betrug vergleichbar? Spielt es eine Rolle? 1965 sagte Moore voraus, dass ein 1975 hergestellter Chip 65.000 Transistoren enthalten würde, sollte seine Beobachtung zutreffen. Heute baut Intel Prozessoren mit 2,6 Milliarden Transistoren [Quelle: Intel ]. Computer können Daten heute viel schneller verarbeiten als vor Jahrzehnten – ein Heim-PC ist so leistungsfähig wie einige der frühen Supercomputer.

Eine andere Möglichkeit, die Frage zu betrachten, besteht darin, zu fragen, ob es überhaupt eine Rolle spielt, wenn Computer heute doppelt so leistungsfähig sind wie vor zwei Jahren. Wenn wir in einer Post-PC-Ära leben, wie Steve Jobs einmal angedeutet hat, dann könnte das bedeuten, dass schnellere Mikroprozessoren nicht mehr so ​​relevant sind wie früher. Es kann wichtiger sein, dass unsere Geräte energieeffizient und tragbar sind. Wenn das der Fall ist, könnten wir sehen, dass Moores Gesetz zu Ende geht, nicht weil wir auf eine grundlegende Einschränkung stoßen, sondern weil es wirtschaftlich keinen Sinn macht, die Grenzen dessen, was wir tun können, weiter zu verschieben.

Einige Segmente der Computer kaufenden Bevölkerung werden weiterhin die höchsten Standards bei der Verarbeitung fordern. Enthusiasten von Videospielen und Menschen, die mit HD-Medien arbeiten, brauchen – oder sehnen sich nach – all die Rechenleistung, die sie bekommen können. Aber was ist mit dem Rest von uns?

Selbst wenn alle unsere PCs zu dummen Terminals werden, die über die Cloud auf alles zugreifen, muss es irgendwo einen Computer mit einem leistungsstarken Prozessor geben. Vielleicht sehen wir eine weitere neue Definition des Mooreschen Gesetzes mit einer längeren Vorlaufzeit, bevor die Prozessoren ihre Leistung verdoppeln. Mit seiner wechselhaften Geschichte scheint es wahrscheinlich, dass Moores Gesetz in der einen oder anderen Form noch eine Weile bestehen bleibt.

Für mich ist der faszinierendste Aspekt des Mooreschen Gesetzes seine Wirkung auf die Mikroprozessorindustrie. Es ist ein Ziel, das jeder erreichen möchte. Es inspiriert Ingenieure, neue Ansätze und Materialien auszuprobieren, anstatt das Risiko einzugehen, ins Hintertreffen zu geraten. Letztendlich leitete diese Beobachtung die Branche und ebnete den Weg für die PC- und Post-PC-Ära.

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