Was hinter der Theorie „Moore’s Law” steckt

Kein anderer Bereich unseres täglichen Lebens entwickelt sich so rasend schnell weiter wie die Technik. Was „Moore’s Law“ damit zu tun hat.

Eine WhatsApp-Nachricht bekommen, übers Smartphone Musik hören oder im Zug „Fortnite“ spielen: Dinge, die heute selbstverständlich sind. Wir denken selten darüber nach, wie verrückt es eigentlich ist, was alles auf unseren Alltagsbegleitern möglich ist. Das neueste Modell von Apple, das iPhone 14 Pro, ist in etwa so schnell wie der IBM ASCI White, der schnellste Computer der Welt im Jahr 2000. Der Rechner wog 106 Tonnen, belegte eine Fläche von zwei Basketballfeldern und kostete etwa 110 Millionen US-Dollar. Dagegen ist selbst ein iPhone ein Schnäppchen.

Dass die Rechenleistung von Computern so schnell steigt, hat bereits der amerikanische Physiker und Chemiker Gordon Moore vorausgesagt – und das schon 1965. Er behauptete, dass sich die Anzahl der Komponenten auf einer bestimmten Fläche jedes Jahr verdoppeln würde. Diese Annahme wurde später auf 18 Monate korrigiert, ansonsten hatte Moore recht. Das ist „Moore’s Law“.

Im iPhone 14 Pro sind 16 Milliarden Transistoren verbaut

Mit „Komponenten“ meint er Transistoren. Sie sind der wichtigste Grundbaustein eines Computers und stecken in Smartphones, Digitaluhren, Autos, Röntgengeräten und einfach in allem, was irgendwie mit Technik zu tun hat. Die meisten wissen, dass ein Computer mit Einsen und Nullen rechnet, das nennt man „binär”. Transistoren sind die Bauteile, die diese Einsen und Nullen erzeugen. Sie sind aufgebaut wie ein Lichtschalter. Ist der Schalter aus, kann kein Strom fließen und der Raum bleibt dunkel. Drückt man ihn, wird der Stromkreis geschlossen und das Licht geht an. Das macht auch ein Transistor. Nur geht hier keine Glühbirne an oder aus, sondern es wird entweder eine Null oder eine Eins weitergegeben. Schaltet man nun sehr viele von ihnen aneinander, kann man komplexe Rechenaufgaben lösen: Man hat den wichtigsten Teil eines Computers gebaut.

Transistoren sind wahnsinnig klein. Dadurch passen viele davon in das Gehäuse von beispielsweise einem Handy. Beim iPhone 14 Pro sind das 16 Milliarden. Sie sind nur vier Nanometer voneinander entfernt, also 0,000 000 004 Meter. Und genau das ist es, wodurch „Moore’s Law“ wahr wird. Transistoren werden immer kleiner, in einen Chip passen mehr davon und der Computer wird schneller.

Irgendwann geht „immer noch kleiner“ nicht mehr

Natürlich hat die Sache auch einen Haken. Ingenieure haben bereits heute deutlich größere Schwierigkeiten, die Bauteile noch kleiner zu machen. Sie stoßen an die Grenzen der Materialien, aus denen Transistoren gemacht sind. Und das auf molekularer Ebene. Ist auch nur ein einziges Atom an der falschen Stelle, ist es möglich, dass der gesamte Chip nicht funktioniert. Das bedeutet, dass Firmen viel Zeit und Geld in die Entwicklung neuer Technologien investieren müssen.

„Moore’s Law“ wird seit Jahren langsamer und schwieriger vorherzusehen. Ein Transistor kann nicht unendlich klein werden. Irgendwann werden wir neue Technologien brauchen, um die Rechenleistung von Computern weiter zu verbessern.

Mr. Moore muss sich damit aber nicht mehr beschäftigen. Er gründete 1968 die Firma Intel, den weltweit führenden Hersteller von Computerprozessoren und Halbleitern. Der mittlerweile 93-Jährige hat seinen Dienst getan, blickt der Zukunft des Transistors und seiner Regel aber mit Sicherheit mit Spannung entgegen.

Hinweis: Dieser Text stammt aus der Freistunde, der Kinder-, Jugend- und Schulredaktion der Mediengruppe Attenkofer. Für die Freistunde schreiben auch LeserInnen, die Freischreiben-AutorInnen. Mehr zur Freistunde unter freistunde.de.