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Moore's Law: Das Gesetz der digitalen Leistungssteigerung wird 50

50 Jahre "Moore's Law": Das Gesetz der Verdopplung Fotos
DPA

Kaum eine Regel hat die Technologie-Branche so geprägt wie das Mooresche Gesetz: Noch heute treibt es die Halbleiterindustrie an. Doch die Grenzen der Technik sind absehbar.

Alles begann mit einem Fachartikel in einer Elektronik-Zeitschrift vor 50 Jahren. Seither treibt der als Mooresches Gesetz berühmt gewordene Grundsatz die Computer- und IT-Industrie an. Er besagt, dass sich etwa alle 18 Monate die Zahl der Komponenten auf einer bestimmten Fläche eines Mikrochips verdoppeln lässt.

Aus der Beobachtung wurde eine Regel für die Zukunft. Und keine Regel hat die Technologie-Entwicklung und das Computer-Zeitalter so geprägt wie "Moore's Law". Der Siegeszug des Personal Computers in den Achtziger- und Neunzigerjahren sowie heute die mobile Revolution wären ohne es möglicherweise ausgeblieben. Ein Ende ist vorerst nicht in Sicht, auch wenn die Halbleiter-Branche langsam an physikalische und finanzielle Grenzen der Prozessor-Technik stößt.

"Moore's Law" ist nach dem Chemiker und Physiker Gordon Moore benannt, der damals zu den Gründungsmitgliedern des heute weltgrößten Halbleiterherstellers Intel gehörte. Mit der Produktion von Mikroprozessoren betrat er zusammen mit dem Physiker Bob Noyce und dem Chemiker Andy Grove Mitte der Sechzigerjahre Neuland. Etwa drei Jahre vor der Gründung des heutigen Weltkonzerns erschien in der Zeitschrift "Electronics" am 19. April 1965 ein Fachartikel von Moore über die Chip-Produktion, der das nach ihm benannte Prinzip begründete.

Immer kleiner, immer schneller

In seinem Text sagte Moore eine stetige Leistungssteigerung der Mikroprozessoren bei sinkenden Kosten voraus. Die Prognose war zunächst nicht als "Gesetz" formuliert und wurde von Moore später noch etwas verändert. Demnach verdoppelt sich die Zahl der auf einem Mikroprozessor verbauten Transistoren - und damit je nach Design auch ungefähr die Leistung eines Chips - alle anderthalb bis zwei Jahre.

Als Faustregel hat der Grundsatz bis heute Bestand und treibt die Entwicklung immer kleinerer und leistungsfähigerer Geräte voran. Firmen wie Apple, HP und Samsung können sich bei ihren Designs darauf verlassen, dass Chips - wie einem Naturgesetz folgend - ständig kleiner und leistungsfähiger werden.

"Antrieb der Industrie"

Er habe eigentlich eine von ihm beobachtete Entwicklung in der Halbleiter-Produktion beschreiben wollen, dass Chips immer günstiger hergestellt werden könnten, sagte Moore unlängst einer Intel-Delegation, die den ehemaligen Konzernchef besuchte. Einer seiner Kollegen habe es dann später "Moore's Law" genannt, "eine Bezeichnung, die weit hinter allem liegt, das ich damals glaubte voraussehen zu können". Das bis heute offene Ende sei von ihm damals nicht vorstellbar gewesen. "Und es ist auch heute nicht erkennbar, wann es zu einem Ende kommen wird."

Mit der Zeit hätten es die verschiedenen Partner in der Computer-Industrie als einen Schrittgeber für Innovationen verstanden, den man einhalten müsse, um nicht technologisch zurückzufallen. "So entwickelte sich Moore's Law von einer Maßeinheit für das, was geschehen ist, zu etwas wie der Antrieb der Industrie."

Über Jahrzehnte trieben Intel mit seinen Chips und Microsoft mit dem immer leistungshungrigeren Betriebssystem Windows die Leistungsspirale an. Das Bündnis ging unter dem Schlagwort "Wintel" (Kunstwort aus Windows und Intel) in die Computergeschichte ein.

2300 Transistoren auf dem ersten Intel-Chip

Bereits in den Neunzigerjahren wurde darüber diskutiert, wann die Entwicklung von immer kleineren Computerchips an ihre physikalischen Grenzen geraten wird. Mit immer wieder verfeinerten Verfahrenstechniken und neuen Lithografie-Verfahren gelang es, die Strukturen auf den Chips immer stärker zu verkleinern. Bislang ist ein Ende nicht absehbar, auch wenn die Entwicklungskosten für den technischen Fortschritt enorm steigen.

Die Strukturbreiten der Chips werden heute in Nanometer gemessen - also in Millionstel Millimetern - und sind mit bloßem Auge nicht mehr zu erkennen. Intels aktuelle Prozessorgeneration Broadwell hat zum Beispiel Strukturbreiten von 14 Nanometer und vereint rund 1,3 Milliarden Transistoren auf einer Fläche von 131 Quadratmillimetern. Der erste Intel 4004-Prozessor Anfang der Siebzigerjahre fasste noch 2300 Transistoren.

Später hatte Intel-Manager Pat Gelsinger die "Taktrate" bei der Chipproduktion durch ein "Tick Tock" genanntes Prinzip weiter in Schwung gehalten. Demnach wird abwechselnd ein bestehendes Chip-Design noch einmal geschrumpft (Tick) und erst dann eine neue Architektur entwickelt (Tock).

Ein Auftrag für eine Rechenmaschine

Gordon Moore stand von 1975 bis 1987 als Chief Executive Officer an der Spitze des Konzerns und prägte das Unternehmen maßgeblich. Er hatte, wie auch die Mitgründer Grove und Noyce, Ende der Sechzigerjahre die Firma Fairchild Semiconductor verlassen. Mit der Gründung von Intel wollten die Ingenieure die Entwicklung von integrierten Schaltkreisen und Mikroprozessoren vorantreiben - und legten damit den Grundstein für das Computerzeitalter.

Der erste serienreife Chip entstand 1971. Dass er das Fundament für künftige Chip-Generationen bilden sollte, ist einem Zufall geschuldet. Intel sollte für die japanische Firma Nippon Calculating Machine Corporation einen Chip für eine neue Rechenmaschine bauen. Der Auftraggeber legte gleich die Architekturpläne für die Chips mit bei. Anders als von Nippon gewünscht wollten zwei Intel-Ingenieure aber einen viel leistungsfähigeren Prozessor entwickeln - und realisierten ihren Plan.

Den Trend verpasst

Intel kaufte seinem Kunden die Rechte an dem Design später wieder ab - sonst würde das Unternehmen aus Santa Clara in Kalifornien heute wohl kaum noch eine große Rolle spielen. Im Herbst 1971 kam schließlich der erste serienreife Mikroprozessor von Intel, der 4004, auf den Markt. Er begründete den Siegeszug des Personal Computers und der x86er-Prozessoren, die noch immer in über 80 Prozent aller PC weltweit verbaut sind.

Den Trend zu besonders energiesparenden Chips für Smartphones und Tablet Computer hat Intel allerdings verschlafen. Hier dominiert der britische Chip-Designer ARM, nach dessen Architektur Hersteller wie Samsung, Apple und Qualcomm ihre Chips bauen.

Halbleiterbauelemente: Die Rechenknechte des IT-Zeitalters
Transistor
Deutsches Museum
Transistoren können elektrische Signale verstärken (wichtig beim Einsatz in Radios) oder als nicht-mechanische Schalter wirken. Als Schalter können Transistoren die beiden grundlegenden Zustände des Binärsystems darstellen: Strom oder kein Strom, 1 oder 0 – die Basis der Informationstechnologie.
integrierter Schaltkreis
Texas Instruments
Ein integrierter Schaltkreis fasst Elemente wie Transistoren, Widerstände und Kondensatoren zusammen. Auf Computerprozessoren finden heute Millionen von Transistoren Platz – 820 Millionen zum Beispiel auf Intel-Chips der "Penryn"-Reihe.

Renate Grimming, dpa/mak

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insgesamt 22 Beiträge
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1. Über die
rudi.waurich 19.04.2015
ersten Jahre Intel's gibt's ein gutes Buch: 'Inside Intel' von Tim Jackson, erschienen bei Hofmann und Campe.
2. EUV Lithographie und Moore's Law
Lotte3 19.04.2015
Ein ganzer Artikel ueber Moore's Law ohne eine einzige Erwaehnung des europaeischen Herstellers von Lithorgaphie-Systemen, in dessen Haenden es nun liegt, ob Moore's Law noch weiter Gueltigkeit haben wird, oder ob wir nun tatsaechlich an unsere physikalischen Grenzen stossen. Die Rede ist von EUV-Lithographie-Systemen und die Herstellerfirma heisst ASML. Sie liegt in unserem schoenen Nachbarland, den Niederlanden. Aber auch ZEISS ist an der Entwicklung dieser zukunftsweisenden Technologie beteiligt. Ich finde die Erwaehnung dieser Technologie gehoert bei einem umfassenden Artikel ueber das 50-jaehrige Bestehen von Moore's Law unbedingt dazu.
3. 1Nanometer=1Milliardstel Meter!
Nilzf 19.04.2015
1Nanometer=1Milliardstel Meter!
4.
Uban 19.04.2015
... im Überschrift sollte wohl "2300 Transistoren" heissen. (Ich finde es immer lustig wenn Journalisten über Technik schreiben ...:-)
5. @ Uban
rudi.waurich 19.04.2015
Den hab' ich glatt überlesen! Das muß richtig Professoren heißen! :)))
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