Das Moore'sche Gesetz
Danny Blau
Zusammenfassung: Diese Seminararbeit geht auf die Fragestellungen ein, was das Mooresche Gesetz
bedeutet, woher es stammt, welche unterschiedlichen Auffassungen und Interpretationen gibt und wie
diese gelebt werden. Des Weiteren wird darauf eingegangen, wie dieses Gesetz realisiert wird und wie
diese bis heute geltende Bewahrheitung in Zukunft weiter gehalten werden kann.
11 Einleitung
Seit 1965 existiert das sogenannte Moore'sche Gesetz, welches besagt, dass sich die Anzahl der
Komponenten auf einer integrierten Schaltung alle 2 Jahre verdoppelt. Derzeit existieren auf einem Chip
über 1 Mrd. Transistoren.
Wie sich diese Aussage bis heute bewahrheitet hat und wie sich dieser Trend zukünftig entwickeln kann,
wird in dieser Seminararbeit erörtert.
22 Das Mooresche Gesetz
22.1 Definition des Gesetzes
Das Mooresche Gesetz sagt in seiner ursprünglich Form aus, dass sich Anzahl aktiver und passiver
Komponenten auf einer integrierter Schaltung bei minimalen Komponentenkosten alle 2 Jahre verdoppelt.
1
2.1.1
Integrierte Schaltung
Bei einer integrierten Schaltung (engl. Integrated circuit -IC-) handelt es sich um die Integration von
mehreren elektronischen Bauteilen zu einer Schaltung, welche auf einem Trägermaterial in einem
Fertigungsprozess hergestellt wird.
Die Realisierung von solchen Schaltungskomponenten erfolgt durch Halbleitermaterialien wie Silizium oder
Gallium-Arsenid, bei denen in mehreren aufeinander folgenden Verfahren der Diffusion, Oxidation und
Ätzung eine mehrschichtige Lagenstruktur gebildet wird.
In diesen einzelnen Lagen befinden sich aktive Komponenten wie Transistoren und die passive
Komponenten wie Widerstände und Kondensatoren bzw. Kapazitäten.
2
22.2 Geschichte
Gordon Moore äußerte seine Beobachtungen, kurz nach der Erfindung der integrierten Schaltung, im Jahre
1965 in einem Artikel der Zeitschrift 'Electronics'
3
.
Die Abgedruckten Überlegungen hatten nichts von einem 'Gesetz' an sich. Er beschrieb lediglich seine
Beobachtungen, dass sich die Anzahl der Komponenten auf einer integrierten Schaltung alle 12 Monate
verdoppelt. Die Veröffentlichung dieser Beobachtung sollte vor allem verunsicherte Investoren beruhigen,
da Moores damalige Firma 'Fairchild Semiconductor' gerade eine Menge leistungsfähiger Ingenieure
verloren hatte.
4
Die Bezeichnung dieser Beobachtung mit dem Begriff 'Mooresches Gesetz' wurde 1970 von Carver Mead
1
Vgl. Information und Codierung, S. 246; www.wikipedia.de\Mooresches_Gesetz.html
2
www.itwissen.info/definition/lexikon/IS-integrated-circuit-IC-Integrierte-Schaltung.html
3
G. E. Moore: Cramming more components onto integrated circuits. In: Electronics. 19, Nr. 3, 1965,
S.114117 (
ftp://download.intel.com/research/silicon/moorespaper.pdf
)
4
w
ww.heise.de
; Vor 40 Jahren: Electronics druckt Moores Gesetz, 19.04.05
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getätigt.
Kurz nachdem seine Beobachtungen als Gesetz bezeichnet wurden, korrigierte Moore 1975 seine Aussage
über die jährliche Verdopplung. In einer Rede vor der 'Society of Photo-Optical Instrumentation engineers'
(SPIE) erklärte er 24 Monate zum Intervall.
Bei der SPIE handelt es sich um eine gemeinnützige Gesellschaft, welche sich die Themen ,,Austausch,
Sammlung und Verbreitung von Wissen" auf dem Gebiet der Optik als Ziel gesetzt haben.
5
Heute gelten im Sprachgebrauch 18 Monate als Zeitraum, in dem sich die Transistoren auf einem Chip
verdoppeln, bzw. der Chip um die Hälfte verkleinert werden kann. Woher die Aussage der 18 Monate
stammt, kann nicht belegt werden.
22.3 Beschreibung des Gesetzes / Herleitung
Bei dem Mooreschen Gesetz handelt es sich nicht um ein Naturgesetz, sondern um eine Aussage, welche auf
eine empirische Beobachtung zurückgeht.
6
Abbildung 1
Empirische Beobachtung von Moore;
Quelle: G. E. Moore: Cramming more components onto integrated circuits. In: Electronics. 19, Nr. 3,
1965, S.114117
(
ftp://download.intel.com/research/silicon/moorespaper.pdf
)
Es wird bei diesem Gesetz auch über eine ,,sich selbst erfüllende Prophezeiung
7
" gesprochen, da
verschiedene Industriezweige an der Entwicklung an von leistungsfähigeren Mikroprozessoren beteiligt sind.
Diese Firmen müssen sich auf gemeinsame Ziele einigen, um wirtschaftlich arbeiten zu können.
2.3.1
Kostenkomponente
Gorden Moore hat im Zusammenhang seiner Beobachtungen festgestellt, dass sich die Kosten einer
einzelnen Schaltkreiskomponente verfahrensbedingt mit steigender und sinkender Komponentenanzahl
verändern.
Bei einer niedrigen Komponentenanzahl auf einer integrierten Schaltung wurde das verfügbare Material
nicht zu 100% ausgenutzt. Bei einer höheren Komponentenanzahl hätten neuartige Verfahren eingesetzt
werden müssen, welche sich wirtschaftlich noch nicht gelohnt haben.
Moore bezog seine Beobachtungen also stets auf das Kostenoptimum, sprich das Herstellungsverfahren und
diejenige Komponentenanzahl pro Schaltkreis, bei denen die Kosten pro Schaltkreiskomponente am
geringsten ausfielen. Hierdurch ist theoretisch klar vorgegeben, welche Prozessoren und welche
5
http://de.wikipedia.org/wiki/SPIE
6
Vgl. Fernsehwerbung quo vadis, S.243
7
Gordon Moore bezeichnet sein Gesetz als eine ,,self fulfilling prophecy", siehe
Gordon Moore Says
Aloha to Moore's Law
.
Auf: the Inquirer. 13. April 2005, abgerufen am 15. April 2009
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Herstellungsverfahren zur Überprüfung des Mooreschen Gesetz in jedem Jahr betrachtet werden müssen und
dürfen.
In dem nachfolgen Bild, sind die Beobachtungen und Ausarbeitungen von Moore zum Kostenoptimum
ersichtlich. Es werden hier die Jahre 1962, 1965 und 1970 dargestellt.
Abbildung 2
Moore Kostenoptimum;
Quelle: G. E. Moore: Cramming more components onto integrated circuits. In: Electronics. 19, Nr. 3,
1965, S.114117
(
ftp://download.intel.com/research/silicon/moorespaper.pdf
)
2.4 Auslegung des Gesetzes
Nach der heutig abgewandelten und im Sprachgebrauch gängigen Auslegung des Mooreschen Gesetzes
besagt dieses nun, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Prozessor alle 18 Monate verdoppelt.
Gelegentlich ist auch von einer Verdoppelung der Integrationsdichte die Rede, also die Transistorenanzahl
pro Flächeneinheit.
Diese unterschiedlichen Auslegungen und Interpretationen des Gesetzes verstümmeln die ursprünglichen
Beobachtungen von Moore teilweise bis zur Unkenntlichkeit. Nicht nur der variable Verdoppelungszeitraum
von 12, 18 oder 24 Monaten verursacht beträchtliche Unterschiede, sondern auch ob von einer
Transistorenanzahl pro Chip oder pro Flächeneinheit die Rede ist. Da die Prozessoren in unterschiedlichen
Größen produziert werden, spielt dies eine wesentliche Rolle. Durch das Weglassen des Kostenoptimums
wird schließlich eine komplette Entfremdung des Gesetzes herbeigeführt.
Ohne die Betrachtung des Kostenoptimums kann jedes beliebige Herstellungsverfahren und jeder beliebige
Chip zur Bestätigung des Gesetzes herangezogen werden. Ob es sich dabei um einen marktüblichen
Prozessor, extrem teure Hochtechnologie oder experimentelle Schaltkreise , welche käuflich noch nicht zu
erwerben sind, spielen bei dieser Auslegung keine Rolle.
Durch die unterschiedlichen Auffassungen hat das Mooresche Gesetz viel von seiner Objektiven
Aussagekraft eingebüßt.
Die meisten auffindbaren Quellen zu diesem Thema gehen davon aus, dass die Aussage von Moore sich um
die Verdoppelung der aktiven Komponenten, also die Transistoren, dreht. Auf die passiven Komponenten
wird nicht eingegangen. Aus diesem Grunde werden die folgenden Ausführen auf diese Meinung aufgesetzt.
2.5 Bestätigung des Gesetzes
Das dieses Gesetz von Moore sich bis heute bewahrheitet hat, verdanken wir den konstant dynamischen
Fortschritten bei der Herstellung von Mikroprozessoren. Der wesentlichste Entwicklungsschritt ist die
ständige Miniatursierung der Transistoren auf dem Chip. Je kleiner ein einzelner Transistor ist, desto mehr
passen auf eine bestimmte Chipfläche. Die Strukturen auf den modernen Mikrochips sind kleiner als ein
tausendstel Millimeter. Möglich wurde die Herstellung solcher kleinen Strukturen durch die Nutzung immer
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