Das Mooresche Gesetz. Eine ewige Konstante?

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Begriffslexikon

3 Das Mooresche Gesetz
3.1 Geschichte
3.2 Erklärung
3.2.1 Beispiele
3.2.2 Formel

4 These

5 Herleitung

6 Prozessoren
6.1 Transistoren
6.2 Funktionsweise
6.3 Herstellung
6.4 Geschichte

7 Heisenbergsche Unschärfe-Relation
7.1 Erklärung
7.2 Bezug auf das Thema

8 Schlussfolgerung

9 Die Folgen

10 Mögliche Lösungen und deren Probleme
10.1 Atomare Transistoren
10.2 Kubische Prozessoren
10.3 Quanten-Prozessoren
10.4 Zusammengeschaltete Prozessoren

11 Zusammenfassung

12 Abbildungsverzeichnis

13 Literaturverzeichnis

1 Einleitung

Letzten Sommer las ich das Buch „DIE PHYSIK DER ZUKUNFT – Die Welt in hundert Jahren“ von Michio Kaku. Dort beschreibt er anhand verschiedener Interviews mit weltweit führenden Wissenschaftlern in mehreren Teilbereichen der Technik und der Physik, wie die Welt in einhundert Jahren aussehen könnte. Dabei taucht der Leser in faszinierende Themen ein. Mich persönlich begeisterte vor allem die Zukunftsvorstellung bezüglich der Prozessoren-Technologie. Der Autor sieht unter anderem nämlich voraus, dass die aktuelle Leistungssteigerung bei den Prozessoren nicht ewig weiter gehen kann. Ich war von diesem Buch hingerissen und wollte unbedingt irgendetwas im Zusammenhang mit dieser Fragestellung für meine Facharbeit aufgreifen.

Ich konnte mich allerdings zunächst nicht entscheiden, welches Thema ich vertiefen sollte. Ich schwankte zwischen: den Supraleitern, einem Weltraumlift, der Raumfahrt, irgendetwas Geschichtlichem und dem Mooreschen Gesetz.

Schliesslich entschied ich mich dann nach langem hin und her für das Mooresche Gesetz, weil ich in einer sehr computerbegeisterten Familie aufgewachsen bin und auch mich dieses Thema seit jeher fesselt. Mein Vater und mein Bruder haben beide Informatik studiert und arbeiten (in unterschiedlicher Weise) im Software Engineering. Meinen ersten Rechner bekam ich schon mit etwa fünf Jahren. Damals habe ich mich viel mehr für die Hardware interessiert, als für die eigentliche Nutzung. Heute stelle ich meine Computer immer selbst zusammen, wähle die benötigten Komponenten aus und setze diese dann in ein „Case“. Ich plane nun sogar, für den nächsten Rechner ein eigenes Gehäuse aus Aluminium zu bauen. So möchte ich im Zusammenhang mit der vorliegenden Facharbeit auch etwas für mein grosses Hobby dazu lernen.

Ich unterteile das Thema in eine Einführung, in welcher ich das Mooresche Gesetz zunächst einmal vorstelle. Dabei soll auch die Geschichte der Technologie eine Rolle spielen. Später soll dann eine genauere Erklärung der Formel von Gordon Moor das Wachstum verständlich machen und zu guter Letzt stelle ich ein paar Beispiele einer solchen Wachstumskurve vor.

Nach dieser ausführlichen Erklärung des Mooreschen Gesetzes werde ich die Hauptthese dieser Facharbeit aufstellen und im Verlauf der Herleitung Schritt für Schritt die Richtigkeit dieser These zu beweisen versuchen.

Ich strebe danach, die Herleitung meiner Aussage so verständlich wie möglich zu gestalten, indem ich die Begriffe in einer Einleitung am Anfang jedes grösseren Themas erläutere. Dabei werde ich auch nicht direkt relevante Gesichtspunkte streifen, wie zum Beispiel die Geschichte oder Entstehung von einzelnen Aspekten.

Das für mich übergeordnete Ziel bleibt die Naivität des fundamentalen Glaubens an eine ewig grenzenlose Leistungssteigerung. Es ist meine Absicht, diese Erwartung in ein rationaleres und vielleicht ernüchternderes Licht zu rücken. Jedoch ist es mir dabei auch wichtig, einige Lösungsvorschläge vorzustellen, weil diese Problematik weitgehende Folgen haben würde. Natürlich sind solche „Lösungsvorschläge“ noch reine Zukunftsmusik, jedoch gibt es bei all diesen Plänen auch schon Prototypen zu deren Verwirklichung.

Selbstverständlich ist es praktisch unmöglich, auf jede Einzelheit eines so komplexen und grossen Themas einzugehen. Dennoch sollte es mir möglich sein, selbst einem Laien einen groben Überblick über die Thematik zu bieten.

2 Begriffslexikon

Im Begriffslexikon werde ich alle komplizierten Fachbegriffe sammeln und kurz erklären.

Transistor Ein Transistor ist ein Bauelement einer CPU. Er funktioniert durch das Ein- und Ausschalten von Spannung innerhalb der „Bauelemente“ des Transistors.

Dotierung Willentliche Verunreinigung eines Materials, um ein entweder positiv oder negativ leitendes Medium herzustellen.

Halbleiter^[1] Ein Material, welches durch die Verunreinigung (Dotierung) leitend werden kann.

Prozessor Abgeleitet vom lateinischen Wort „ procedere“ (vorangehen) ist der Prozessor für viele elektronische Elemente das „Gehirn“, welches verschiedene Prozesse abarbeitet. Man findet Prozessoren in Form von Mikrochips in allen möglichen Geräten.

CPU C entral P rocessing U nit

Cache^[2] Ein Cache ist ein Speicher, zum Beispiel in einer CPU, welcher Informationen zwischenspeichert. Dieses Verfahren ermöglicht die Wiederverwendung von bereits berechneten Vorgängen. Dabei unterscheidet man zwischen mehreren Arten von Speicher. Diese sind unterschiedlich gross und unterschiedlich schnell.

MOSFET^[3] MOSFET bedeutet Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor und bezeichnet unsere heutige Art von Transistoren.

Integrierter Schaltkreise^[4] kurz IC/IS sind Gehäuse in der Elektronik, welche Schaltkreise bzw. Gates vereinfacht und preisgünstig vermarkten lässt.

Materiewelle Photonen und Elektronen sind eine ganz besondere Art von Materie, welche sich Eigenschaften der Materie und Schwingungen besitzen.

3 Das Mooresche Gesetz

Die Ansichten von Gordon Moore wurden schnell zu sakralen Gesetzen der Technologie. Man vermutete, in wenigen Jahren die erste künstliche Intelligenz erschaffen zu können oder den Punkt der Singularität zu erreichen.

Wir werden hier die Aspekte des Mooreschen Gesetzes beleuchten und auch in einer gewissen Tiefe behandeln.

Das Mooresche Gesetz besitzt in der Öffentlichkeit schon einige Bekanntheit, trotzdem sind die genaueren Zahlenwerte und verschiedenen Ansichten einer Beachtung würdig. Dabei werden wir uns vor allem von einer von mir ausgewählten Liste (siehe Tabelle 1) leiten lassen. Es interessiert uns primär die Transistoren-Anzahl und das Datum der Einführung der Technologie. Einige Bemerkungen sollen nur der Ergänzung dienen.

[...]

^[1] Halbleiter; http://de.wikipedia.org/wiki/Halbleiter (08.03.2015)

^[2] Cache; http://de.wikipedia.org/wiki/Cache (01.04.2015)

^[3] MOSFET; http://de.wikipedia.org/wiki/Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (02.04.2015)

^[4] IC, http://de.wikipedia.org/wiki/Integrierter_Schaltkreis (01.04.2015)