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Prognose 2020: Was nach Moore's Gesetz kommt

16.02.2016 | 13:00 Uhr |

In der Wirtschaft ist Wachstum das Zauberwort – in der Computertechnologie soll alles immer kleiner werden. Bald aber wird eine natürliche Grenze erreicht sein.

Hintergrund der Diskussion und eines ausführlichen Artikels in Nature   ist das Mooresche Gesetz (Moore's Law). In einem Computerlexikon von 2001/2002 heißt es dazu noch lapidar: "1968 von Gordon Moore, dem damaligen Geschäftsführer von Intel, aufgestelltes Gesetz, demzufolge sich die Anzahl der Transistoren auf einem Prozessor etwa alle 18-24 Monate verdoppelt. Diese Gesetzmäßigkeit hat sich bis heute bewahrheitet " (Beck EDV-Berater Computer-Lexikon, 4. Aufl., Seite 555).

Tatsächlich hatte Gordon Moore, der Intel kurz danach mit begründen würde, schon 1965 als Forschungsdirektor von Fairchild Semiconductor in Kalifornien eine Verdoppelung der Transistoranzahl und anderer elektronischer Komponenten pro Chip jährlich vorausgesagt und bereits erst heute selbstverständliche Technikkomponenten wie Heimcomputer, digitale Armaturen, automatische Autos und personalisierte tragbare Kommunikationsgeräte vorausgesagt. In puncto Geschwindigkeit änderte man das erwartete Tempo dann aber auf eine "nur" zweijährliche Verdopplung der Transistorenanzahl auf einem Prozessor. Dieses Gesetz schien sich immer wieder mit hoher Präzision zu bewahrheiten, sowohl Transistoren auf einem Chip als auch die Taktfrequenz, also die Geschwindigkeit, stieg unaufhörlich. Bis 2004 das Problem zu starker Hitzeentwicklung nicht mehr zu ignorieren war und man nicht einfach im alten Stil weitermachen konnte. Anschauliche Grafiken im Nature-Artikel zeigen, wie steil die Kurve der Transistoren pro Chip und der Taktrate anfangs und für viele Jahre anstieg, um dann seit einiger Zeit flacher zu werden. Interessant auch zu sehen, wie parallel dazu die Geräte von schrankgroßen Mainframes bis hin zu Mobilgeräten und in Alltagsgeräten integrierten Prozessoren immer weiter schrumpfen.

Mehr Kerne und Threads statt höherer Taktraten

Um der Problematik Herr zu werden, insbesondere dem "Hitzetod" zu entkommen und dennoch performantere Systeme zu entwickeln, wurden die Schaltkreiselemente (insbesondere die "Drähte“ in den Schaltkreisen) nicht nur immer kleiner und sind jetzt bei einer vorläufig unteren Grenze von 14 Nanometer angekommen. Die Prozessortaktraten haben sich seit 2004 nicht mehr wesentlich verändert. So hat man insbesondere bis zu vier oder gar acht Prozessoren auf einen Chip gepackt, um schnellere Berechnungen und Verarbeitungen von Befehlssätzen zu ermöglichen. Auch die Hyperthreading-Technologie , bei der ein Prozessorkern mehrere Aufgaben ("Threads") parallel verarbeiten kann, gehört in diese Entwicklung hinein.

Dazu kommt der Versuch, nicht mehr unbedingt die schnellsten Prozessoren für alle möglichen Aufgaben erschaffen, sondern – was freilich teurer und aufwendiger ist – spezielle Prozessoren etwa im Mobilbereich für gezielte Verarbeitungen zu entwickeln. Das Problem, die Schaltkreise noch weiter zu miniaturisieren, führt nämlich in Dimensionen, in denen die Quantenmechanik immer relevanter wird: Sie lassen sich nicht mehr wie gewohnt eindeutig berechnen und steuern. So glaubt man auch, dass die Zukunft der an sich vielversprechenden Quantencomputer eher spezialisierten Unternehmungen vorbehalten bleibt, als dass hier eine neue Technologie für die breite Masse der Anwendungen und Geräte entsteht.

Ferner hoffen Computerwissenschaftler auf neue Technologien wie Spintronik   oder die Entwicklung von Prozessoren aus Graphen (Kohlenstoff, der in einem regelmäßigen flachen sechseckigen Gitter vorliegt). Ob man bei der weiteren Verkleinerung der Mikroprozessoren und ihrer Befehlseinheiten bis 2020 wirklich an einem unteren Limit von 2-3 Nanometer ankommt und damit Leiterbahnen im Durchschnitt nur noch zehn Atomdurchmesser breit wären, wird sich zeigen – denn hier greift vollends die quantenphysikalische Unbestimmtheit, die sich für derart kleinteilige Prozesse kaum handhaben lassen wird.

Ausführlich findet man Informationen zur Geschichte, Gegenwart und Entwicklung der Prozessoren und dem Mooreschen Gesetz in den frei zugänglichen Artikel von Nature von M. Mitchell Waldrop, veröffentlicht am 9. Februar 2016.

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