1957 gründeten acht Wissenschaftler mit Unterstützung von Sherman Fairchild, dem Inhaber eines Fotogeräteherstellers, die Firma Fairchild Semiconductor. Sieben Jahre später formulierte Moore, einer der Gründer von Fairchild, das berühmte „Mooresche Gesetz“, das seit einem halben Jahrhundert Gültigkeit hat: Die Anzahl der Transistoren, die auf einem integrierten Schaltkreis untergebracht werden können, verdoppelt sich alle 18 Monate. Anders ausgedrückt: Die Prozessorleistung verdoppelt sich alle zwei Jahre und wird sich auch in den kommenden Jahrzehnten weiter steigern.

(Bild: Die acht Gründer der Fairchild Company)

Anschließend verließ Moore die Halbleiterfirma Fairchild und gründete zusammen mit seinem Partner Noyce Intel.

Das Mooresche Gesetz ist zwar kein Naturgesetz, beschreibt aber bis zu einem gewissen Grad die Geschwindigkeit des Fortschritts in der Informationstechnologie. In den letzten Jahrzehnten der Halbleiterentwicklung hat sich dieses Gesetz jedoch als sehr zutreffend erwiesen.

Man kann sehen, dass die Vorhersagen des Mooreschen Gesetzes im ersten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts nahezu zutreffend waren, so sehr, dass sein Urheber Gordon Moore 50 Jahre später in einem Interview sagte: „Das ist nur eine gewagte Spekulation. Aber später trieb diese Schlussfolgerung die Entwicklung der Halbleiterindustrie weiterhin voran und dominierte sie, und ich fühlte mich beruhigt.“

Wenn etwas als Gesetz bezeichnet wird, meint man damit eigentlich eine wissenschaftliche Zusammenfassung eines objektiven Gesetzes, das die unausweichliche Beziehung zwischen Dingen widerspiegelt, die unter bestimmten Bedingungen einem bestimmten Veränderungsprozess unterliegen. Andererseits kann das Gesetz unter anderen Bedingungen versagen oder ungenau sein. Keine Theorie kann alles im Universum beschreiben, und keine Theorie kann vollkommen richtig sein.

Das Mooresche Gesetz wurde tatsächlich nach seiner Veröffentlichung aktualisiert. Auf der IEEE International Electronic Components Conference 1975 legte Moore eine überarbeitete Fassung vor: In den nächsten zehn Jahren, da die zur Entwicklung der Technologie benötigten Maschinen immer teurer werden, wird sich die jährliche Verdopplungsregel auf eine Verdopplung alle achtzehn Monate verlangsamen.(Anmerkung der Redaktion: Diese Änderung hat zu der heute gebräuchlichen Redewendung von 18 Monaten geführt, die ursprünglich Dezember lautete, also einmal jährlich aktualisiert wurde.).

(Bild: Moore aktualisierte das Gesetz 1975 auf 18-24 Monate)

Im ersten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts wurde diese Regel in Frage gestellt, beginnend mit dem von Intel im Jahr 2007 vorgeschlagenen „Tick-Tock“-Modell.(Anmerkung der Redaktion: Ein Entwicklungszyklus von Intel. Tick-Tock leitet sich vom Pendelprinzip ab und bezieht sich auf das „Tick“-Geräusch der Uhr jede Sekunde. Intel führt alle zwei Jahre Architekturänderungen an seinen Prozessoren durch. In den Tick-Jahren wird der Herstellungsprozess des Prozessors geändert, in den Tock-Jahren die Architektur innerhalb dieses Prozesses.)"PAO"-Modell bis 2016(Anmerkung der Redaktion: Ein von Intel vorgeschlagener Entwicklungszyklus. Er umfasst eine dreistufige Strategie: Prozesstechnologie (PROZESS) – Architekturaktualisierung (ARCHITEKTUR) – Optimierung (OPTIMIERUNG), deren erster Buchstabe „PAO“ lautet.)Die Core-Prozessoren folgten nicht strikt dem etablierten Weg der Prozesstechnologie-Modernisierung und wichen sogar schrittweise vom periodischen exponentiellen Wachstum der Anzahl an Siliziumtransistoren ab, das durch das Mooresche Gesetz vorgegeben ist. 2015 räumte Intel ein, dass sein 10-nm-Fertigungsprozess bis Ende des Jahres nicht für die Massenproduktion geeignet sein würde.

(Abbildung: Angepasstes Mooresches Gesetz)

Betrachtet man den Core-Prozess seit 2016, so scheint sich die CPU-Fertigung tatsächlich zu verlangsamen. Allein das Suffix „+“ wird zweimal verwendet, was Intel in der Branche den scherzhaften Spitznamen „Zahnpasta ausquetschen“ eingebracht hat. Was genau behindert also den Prozessorherstellungsprozess?

Zunächst weist die fortgeschrittene Chemie darauf hin, dass exponentielles Wachstum ein Ende hat. lg2 = 0.3 bedeutet, dass sich die Anzahl der Transistoren alle zehn Jahre verhundertfacht. Der i9 9900K enthält etwa 3.2 Milliarden Transistoren. In weiteren siebzig Jahren wird ihre Anzahl die Anzahl der Atome im Prozessor übersteigen.

Atome sind die kleinsten Teilchen, und Transistoren werden chemisch hergestellt und können nicht über die Atomgröße hinausgehen. Es ist unmöglich, durch chemische Veränderungen kleinere Strukturen als Atome herzustellen; dies ist der grundlegendste Grund, der das Wachstum von Siliziumtransistoren (Si) einschränkt.

Darüber hinaus haben wirtschaftliche Faktoren, insbesondere die immer strengeren Fertigungsprozesse, zu steigenden Forschungs- und Entwicklungskosten geführt, und die Entwicklung jeder neuen Generation fortschrittlicherer Verfahren wird enorme Summen verschlingen. Ähnlich wie die Meldung, dass Intel 20 Milliarden Dollar für den Bau einer Waferfabrik ausgegeben hat – die Kosten waren in der Tat enorm und sorgten eine Zeit lang für Schlagzeilen.

Das Mooresche Gesetz ist längst nicht mehr nur eine Theorie von Intel, sondern beeinflusst die Entwicklung der Elektroniktechnologie. Anders als Hersteller wie Nvidia-CEO Jensen Huang, die das Mooresche Gesetz für überholt halten, sind AMD und ASML weiterhin von seiner Gültigkeit überzeugt. Tony Yen, Entwicklungsvorstand von ASML, bekräftigte dies in einem Reuters-Interview: „Viele behaupten, das Mooresche Gesetz sei überholt oder habe sich verlangsamt, aber ich denke, das stimmt nicht. Aus Sicht von ASML könnte das Mooresche Gesetz noch mindestens zehn Jahre oder sogar länger gelten. Und die Miniaturisierung von Chipflächen wird sich in den nächsten zehn Jahren fortsetzen.“

(Bild: NVIDIA Huang Renxun sagte einst auf der GTC: „Das Mooresche Gesetz ist überholt.“)

Wenn die Chipindustrie weiterhin dem Mooreschen Gesetz folgt, werden chinesische Halbleiterhersteller den Anschluss an die bisherigen Marktführer nie finden. Das allmähliche Scheitern des Mooreschen Gesetzes hat China die Chance eröffnet, die Halbleiterproduktion zu lokalisieren.

In einigen Anwendungsbereichen von Chips haben chinesische Unternehmen beachtliche Fortschritte erzielt. So hat Huaweis HiSilicon Kirin beispielsweise den Sprung in die Spitzengruppe der Mobiltelefon-Chipindustrie geschafft. Der Infrarotdetektor-Chip von Amap hat Europa in puncto Technologie überholt und ist mit amerikanischen Unternehmen gleichauf. China gehört zudem zu den fünf Ländern weltweit, die die Kerntechnologie militärischer Infrarotdetektoren beherrschen.

Technologisch gesehen veröffentlichte die Forschungsgruppe von Professor Tang Chuanxiang vom Institut für Technische Physik der Tsinghua-Universität zusammen mit einem deutschen Team am 25. Februar in der renommierten Fachzeitschrift Nature eine Forschungsarbeit mit dem Titel „Experimenteller Nachweis des Steady-State-Mikrobündelungsprinzips“. Darin berichten sie über das experimentelle Ergebnis der physikalischen Grundlagen einer neuartigen Lichtquelle für Teilchenbeschleuniger, dem sogenannten „Steady-State-Mikrobündelungsprinzip“ (SSMB). Die Tsinghua-Universität unterstützt und fördert derzeit aktiv den Aufbau des Projekts zur Entwicklung einer SSMB-EUV-Lichtquelle auf nationaler Ebene. Die SSMB-Forschungsgruppe der Tsinghua-Universität hat bei der Nationalen Entwicklungs- und Reformkommission einen Projektantrag für die „Forschungseinrichtung für eine Steady-State-Mikrobündelungs-EUV-Lichtquelle“ eingereicht und diesen im Rahmen des 14. Fünfjahresplans als wichtige nationale wissenschaftliche und technologische Infrastruktur anerkennen lassen.(Quelle: Tsinghua-Universität)

(Foto: Offizielle Website der Tsinghua-Universität)

Chinas Halbleiterindustrie hinkt Europa und den USA hinterher und kann den Rückstand nun nur noch aufholen. Wie „Post-Moore Intelligence“ feststellte, müssen sie weiterhin „Post-Moore“-Lösungen entwickeln.

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