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Moore’s Law am Ende: Prozessoren werden nicht mehr schneller

Das Moore'sche Gesetz besagt, dass sich die Anzahl der Transistoren - und damit die Leistung - auf einem integrierten Schaltkreis ungefähr alle 18 Monate verdoppelt. Damit soll nun Schluss sein: Bis auf weiteres werden Prozessoren nicht mehr schneller, stattdessen sparsamer und effizienter. 
von Carsten Drees am 16. Februar 2016

Oft genug haben wir drauf hingewiesen: In wenigen Tagen findet in Spaniens Metropole Barcelona wieder einmal der Mobile World Congress statt – wohl das wichtigste Event des Jahres, wenn es um mobile Technologien geht. Natürlich werden auch wir mit einem starken Team vor Ort sein und von dort über all die neuen Devices berichten, die uns von den Unternehmen vorgestellt werden.

Aber noch bevor sich erstmals die Pforten der Messehallen öffnen, haben wir massig neue Handsets entweder schon durch Leaks zu sehen bekommen, oder sie wurden von den Unternehmen angeteasert. Samsung schmeißt mit dem Galaxy S7 sein neues Flaggschiff auf den Markt, HTC unternimmt mit dem One M10 einen neuen Anlauf und auch LG, Lenovo, Huawei und wie sie alle heißen, werden uns in Barcelona zeigen, mit welchen Gerätschaften sie die Kunden in den nächsten Monaten begeistern wollen.

Das Moore’sche Gesetz

Bei all diesen neuen Produkten wollen wir natürlich, dass sie uns möglichst viel Verbesserungen bringen gegenüber den Devices, die wir bereits mit uns herumschleppen. Stärkere Akkus, bessere Displays, beeindruckendere Kameras und möglichst mehr Leistung wünschen wir uns. Samsung, Intel, Qualcomm, MediaTek und Co tun uns auch den Gefallen, dass sie uns jedes Jahr neue Prozessoren-Generationen präsentieren, die tatsächlich noch mehr Leistung aus unseren täglichen Begleitern herauskitzeln können.

Aber jetzt sieht es so aus, als würde diese Entwicklung bezüglich der Leistung ins Stocken geraten und das Moore’sche Gesetz somit außer Kraft setzen. Das Moore’sche Gesetz sagt euch was, oder? Da ich so schlecht dabei bin, Gesetze auswendig zu zitieren, habt ihr hier die Definition laut Wikipedia:

Das mooresche Gesetz (englischMoore’s law; deutsch „Gesetz“ im Sinne von „Gesetzmäßigkeit“) besagt, dass sich die Komplexität integrierter Schaltkreise mit minimalen Komponentenkosten regelmäßig verdoppelt; je nach Quelle werden 12 bis 24 Monate als Zeitraum genannt.

Vereinfacht ausgedrückt bedeutet das, dass wir etwa alle 18 Monate eine neue Prozessoren-Generation erwarten dürfen, die doppelt so leistungsfähig ist wie die vorherige, weil sich die Anzahl der Schaltkreis-Komponenten auf einem integrierten Schaltkreis in diesem Zeitraum verdoppelt. Zurück geht das auf Gordon Moore, der diese Erkenntnis gegenüber der Elektronik-Zeitschrift „Electronics“ im April 1965 erklärte. Zu dem Zeitpunkt war er wichtiges Bestandteil des Unternehmens Fairlight, welches Halbleiter entwickelt. Wenig später – 1968 – strich er dort aber die Segel und gründete zusammen mit seinen Fairlight-Mitstreitern Andy Grove und Robert Noyce den Halbleiter-Giganten Intel.

Electronics Magazin-Cover

Hatte Moore für das Magazin schlicht seine Beobachtungen der letzten Jahre geschildert und einen Blick in die Zukunft geworden, manifestierte sich daraus wenige Jahre ein Gesetz, welches leicht abgewandelt noch bis heute seine Gültigkeit behalten sollte.

Durch die Leistungssteigerungen bei der Entwicklung und den immer kleiner werdenden Chips haben wir seitdem in über 50 Jahren ungefähr jedes Jahrzehnt eine neue Computer-Klasse erhalten, wie ihr unten auf dem Bild von nature.com sehen könnt:

Zeitstrahl der unterschiedlichen Computer-Generationen

Ende der Fahnenstange?

Zuletzt war die Entwicklung aber ins Stocken geraten, nicht zuletzt deswegen, weil die Entwickler an physikalische Grenzen geraten. Bereits im letzten Sommer teilte Intel mit, dass man zwangsläufig vom Gas gehen muss und der Zyklus eher 30 Monate beträgt in den nächsten Jahren anstatt der etwa 18 Monate in der Vergangenheit.

Die Konsequenz daraus ist, dass wir eine weitere, dritte im 14nm-Verfahren gefertigte Prozessoren-Generation von Intel zu sehen bekommen in diesem Jahr und der Wechsel auf die 10nm-Halbleiter erst ab dem nächsten Jahr erfolgen wird. Das ist noch nicht das Ende der technischen Möglichkeiten, denn sowohl IBM als auch Samsung planen für die Zukunft bereits die Fertigung im 7nm-Verfahren.

Kleiner Exkurs Chip-Strukturbreiten:

Der Nanometer ist die Einheit, in der die Strukturbreiten der Chips gemessen werden und ein Nanometer entspricht dabei einem Milliardstel Millimeter. Auf seinen 14nm-Chips bringt Intel aktuell 1,3 Milliarden Transistoren unter. Nur zum Vergleich: Die erste Generation von Intel-Prozessoren Anfang der Siebziger kam lediglich auf 2300 Transistoren.

Nachdem wir also schon länger wissen, dass das Moore’sche Gesetz nicht mehr wie bislang eingehalten werden kann, hören wir aktuell, dass sich die Halbleiter-Industrie komplett von Moore’s Law verabschieden wird, was offiziell nächsten Monat verkündet werden soll:

Next month, the worldwide semiconductor industry will formally acknowledge what has become increasingly obvious to everyone involved: Moore’s law, the principle that has powered the information-technology revolution since the 1960s, is nearing its end. nature.com

Aufgrund der zu befürchtenden Hitzeentwicklung gibt es schon lange Obergrenzen bei den Taktraten, jetzt wird aber schon in wenigen Prozessor-Generationen eine zusätzliche Grenze überschritten, aber der das Verhalten der Elektronen vorab nicht mehr zuverlässig ermittelt werden kann.

Ausblick: Schneller? Nein – Fortschrittlicher? Ja!

Aber wie geht es dann nun weiter? Ist ein Höhepunkt in der Halbleiter-Technologie erreicht, der die Güte kommender Geräte auf Jahre begrenzt? Nein, definitiv nicht. Vielleicht ist es ja sogar ganz sinnig, endlich aus diesem Teufelskreis herauszukommen, bei dem immer aufwendigere Software voraussetzte, dass sich die Prozessoren so schnell weiterentwickeln, wie es das Moore’sche Gesetz vorsah.

Es war letzten Endes also nicht mehr so, dass der Fortschritt das Gesetz bestätigt hat, sondern in der Industrie Unsummen investiert und alle Hebel in Bewegung gesetzt wurden, um umgekehrt das Gesetz bestätigen zu können.

Durchatmen ist dennoch nicht angesagt, denn die Konkurrenz schläft ja trotzdem nicht. Die Entwicklungen werden weiter vorangetrieben, nur dass der Fokus nun nicht mehr auf der Leistungssteigerung liegen wird. Stattdessen wird man bemüht sein, die Chipsätze effizienter zu gestalten und den Stromverbrauch weiter zu senken. Da auf der anderen Seite auch Unternehmen wie Google und Microsoft bemüht sind, ihre Betriebssysteme möglichst effizient zu halten, sind auch große Leistungssprünge bei den Transistoren gar nicht mehr notwendig, zumal auch die Cloud eine immer größere Rolle spielen wird und die Prozessoren in den Geräten entlastet.

Das bedeutet aber nicht, dass wir nie wieder schnellere Prozessoren zu sehen bekommen, nachdem die Entwicklung bei der aktuellen Technologie in dieser Hinsicht das Ende seiner Möglichkeiten erreicht. Ganz neue Technologien (Stichwort: Spintronik) werden erforscht und können zu komplett anderen Architekturen führen, außerdem wird fleißig mit anderen Materialien (wie beispielsweise Graphen) experimentiert, um irgendwann Silizium zu beerben.

Es mag also so sein, dass demnächst die ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) vorsieht, dass sich künftig nicht mehr ans Moore’sche Gesetz gehalten wird bzw. gehalten werden kann – der Fortschritt geht dennoch weiter und wird sich auch in den nächsten Jahren in immer besseren Geräten manifestieren.

Quelle: Nature.com via Futurezone.at