Mooresches Gesetz - Was besagt Moore's Law?

Das mooresche Gesetz besagt, dass sich die Zahl der Transistoren auf einem Computerchip in regelmäßigen Abständen verdoppelt. Gordon Moore, später Mitgründer von Intel, hat diese Regelmäßigkeit 1965 in einem Fachaufsatz beschrieben und zunächst eine Verdopplung pro Jahr gesehen. Zehn Jahre später hat er die Voraussage auf etwa zwei Jahre gestreckt, und dabei ist es geblieben.

Ein Gesetz im Sinne der Physik ist das nicht. Es zwingt nichts, es erklärt nichts, und es war nie mehr als eine Beobachtung mit einer Prognose daran. Intel selbst schreibt in seinem Firmenarchiv, der Ausdruck beschreibe ein Arbeitsprinzip und eine Selbstverpflichtung, keine Naturkraft - und Moore habe das Wort Gesetz nie benutzt.

Was die Verdopplung praktisch bedeutet

Eine Verdopplung alle zwei Jahre klingt harmlos. Über Jahrzehnte ergibt sie Zahlen, die man sich kaum vorstellen kann.

Transistoren auf einem einzelnen Chip

Deshalb steckt in einem Smartphone mehr Rechenleistung als in den Computern, mit denen die Apollo-Missionen geflogen sind. Und deshalb war jahrzehntelang absehbar, was ein Rechner in fünf Jahren können würde - eine Planungssicherheit, die es in kaum einer anderen Branche gibt.

Was in dem Aufsatz sonst noch steht

Bemerkenswert an dem Text von 1965 ist nicht nur die Kurve. Moore hat darin auch aufgeschrieben, wozu billige Schaltkreise führen würden, und die Aufzählung liest sich heute wie eine Beschreibung des Alltags: Heimcomputer oder wenigstens Terminals an einem zentralen Rechner, automatische Steuerungen für Autos und tragbare persönliche Kommunikationsgeräte. Der elektronischen Armbanduhr, schrieb er, fehle eigentlich nur noch die Anzeige.

Das stand in einem Fachmagazin, ein Jahrzehnt vor den ersten Heimcomputern.

Auch die Zahl im Vorspann seines Aufsatzes ist es wert, festgehalten zu werden. Moore rechnete vor, bis 1975 könnten wirtschaftlich rund 65.000 Bauteile auf einen Chip passen. Der Speicherchip, den die Branche in jenem Jahr auf den Markt gebracht hat, kam auf 65.536.

Vom Aufsatz zum Fahrplan

Der Aufsatz von 1965 war eine Auftragsarbeit für ein Fachmagazin, keine große Theorie. Zum Gesetz wurde er, weil die Branche ihn zum Ziel erklärt hat.

Sechzig Jahre Verdopplung

Der Fahrplan ist der eigentliche Grund für die lange Haltbarkeit. Wenn alle Hersteller, Zulieferer und Forschungsinstitute dieselbe Kurve in ihre Planung schreiben, wird die Voraussage zur Verabredung. Zulieferer bauen die Maschinen, die in zwei Jahren gebraucht werden, weil im Fahrplan steht, dass sie dann gebraucht werden.

Das Ende dieser gemeinsamen Roadmap 2016 ist deshalb mehr als eine Verwaltungsmeldung. Die Branche hat sich damit von der Idee verabschiedet, dass alle in dieselbe Richtung schrumpfen.

Warum es schwieriger wird

Zwei Arten von Grenzen kommen zusammen, und die zweite ist die härtere.

Physik. Die Strukturen auf heutigen Chips sind nur noch wenige Atomlagen breit. In dieser Größenordnung machen sich Quanteneffekte bemerkbar. Elektronen durchdringen Barrieren, die sie nach den Regeln der klassischen Physik aufhalten müssten, und Ströme fließen, wo nichts fließen soll.

Geld. Eine moderne Chipfabrik kostet zweistellige Milliardenbeträge, und die Belichtungsmaschinen dafür baut weltweit ein einziges Unternehmen. Kleinere Strukturen bedeuten längst nicht mehr billigere Chips, wie das Forschungsinstitut imec nüchtern feststellt. Damit fällt der wirtschaftliche Grund weg, der die Verkleinerung überhaupt angetrieben hat.

Die Nanometerangaben in Werbung und Produktnamen helfen bei der Einordnung übrigens nicht. Eine Drei-Nanometer-Fertigung enthält keine Strukturen von drei Nanometern - der Name ist seit Jahren eine Bezeichnung für eine Fertigungsgeneration, kein Maß.

Was an die Stelle tritt

Aufgegeben hat die Branche nicht, sie wechselt die Richtung. Statt Strukturen weiter zu verkleinern, baut sie Transistoren in neuer Form, stapelt Lagen übereinander und setzt mehrere kleinere Chips zu einem Paket zusammen. Das Institut imec nennt neben neuen Transistortypen ausdrücklich die dreidimensionale Integration als Weg, die Dichte zu erhöhen, ohne kleiner zu werden. Nvidias Blackwell ist genau so gebaut. Seine 208 Milliarden Transistoren sitzen auf zwei Hälften, die zu einer Einheit verbunden sind, und liegen damit noch auf der alten Verdopplungslinie, obwohl die Strukturen längst nicht mehr im alten Takt schrumpfen.

Ob man das noch mooresches Gesetz nennen sollte, ist Ansichtssache. Die Zahl der Transistoren pro Chip steigt weiter, aber sie steigt langsamer, teurer und mit anderen Mitteln als in den Jahrzehnten davor. Die Regel hat also nicht aufgehört zu gelten. Sie ist teuer geworden.