Mooresches Gesetz stößt an seine Grenzen

Die Prozessorentwicklung nach dem Mooreschen Gesetz wird laut einer Intel-Studie in spätestens zwanzig Jahren ihr Ende finden.

Demnach sollen im Jahr 2018 Chips mit 16-Nanometer-Architekturen gefertigt werden, danach sollen noch maximal ein bis zwei weitere Transistoren-Verkleinerungen möglich sein, bis die Methode endgültig an ihre Grenzen stößt.

Das Mooresche Gesetz von Intel-Gründer Gordon Moore besagt, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einer gegebenen Fläche Silizium etwa alle zwei Jahre verdoppelt.

"Es sieht nach einer grundlegenden Beschränkung aus", so Intel-Mitarbeiter Paolo Gargini zu dem Forschungspapier "Limits to Binary Logic Switch Scaling - A Gedanken Model".

Das Mooresche Gesetz bei Intel

Spontane Spannungsverluste

Konnten bisher noch mit der Schrumpfung der Transistoren die Geschwindigkeit erhöht und gleichzeitig die Kosten reduziert werden, stehen die Entwickler nun vor der Herausforderung, neue Methoden zu finden.

Denn schon jetzt sind die Bauelemente nur wenige Atome groß und die Wahrscheinlichkeit spontaner Spannungsverluste [Tunneling-Effekt] steigt mit der weiteren Miniaturisierung.

Dabei gilt Heisenbergs Prinzip, nach dem die Unschärfe umso größer ist, je kleiner die Masse eines Teilchens ist. Da die Position der Elektronen nicht mehr genau bestimmt werden kann, scheidet die Schrumpfung wegen der Unzuverlässigkeit aus.

Fahrplan für die nächsten 15 Jahre
Noch in dieser Woche soll ein erster grober Umriss des Fahrplans der Halbleiterindustrie "International Technology Roadmap for Semiconductors" der nächsten 15 Jahre in Taiwan vorgestellt werden.

Nach "Moore's" kommt "Metcalf's Law"

Derzeit bei 90-Nanometer-Architektur

Die Intel-Forscher gehen davon aus, dass diese Schwierigkeiten ab einer Gate-Größe von fünf Nanometern, die in 16-Nanometer-Architekturen erreicht wird, überhand nehmen werden.

Derzeit werden die Chips in 90-Nanometer-Architektur [Codename Prescott] bei einer Gate-Größe von 37 Nanometern hergestellt.

Nach den Plänen der Hersteller sollen Chips mit fünf Nanometern nicht vor 2018 oder 2019 hergestellt werden.

Auf Basis bestehender Materialien
Das Ende des Mooreschen Gesetzes wurde zwar schon öfter vohergesagt, doch bisher leitete man dieses immer auf Basis bestehender Materialien ab.

Moores Gesetz gilt bis 2014

Metall statt Silizium

Die Hersteller testen ständig neue Materialien und Strukturen. So planen sowohl AMD als auch Intel an Stelle von Silizium in Chips den Einsatz von Metallen.

Die besonderen Eigenschaften der Metalle sollen Spannungsübersprünge deutlich reduzieren und bei gleicher Leistung weniger Energie beanspruchen.

Die erste Massenproduktion derartiger dielektrischer 45-Nanometer-Architekturen mit einer Gate-Größe von 18 Nanometern wird für 2007 bis 2009 erwartet.

Nanotubes aus Kohlenstoff
Ein weiterer Ansatz ist der Einsatz von Kohlenstoff-Nanoröhrchen [Nanotubes] an Stelle der herkömmlichen Silizium-Architekturen. Der Vorteil von Kohlenstoff liegt in höheren Flussgeschwindigkeiten der Elektronen.

Chips aus Kohlenstoff statt Silizium