50 Jahre Mooresches Gesetz

Vor einem halben Jahrhundert, am 19. April 1965, verkündete Gordon Moore, ein Chemiker, der aber in einer kalifornischen Elektronikfirma tätig war, eine Faustregel über integrierte Schaltungen. Danach verdoppelt sich jedes Jahr die Zahl der Bauelemente, die man auf einem Mikrochip unterbringen kann. Um 1970 bürgerte sich dann für diese Beobachtung der Name „Mooresches Gesetz“ ein.

Im Frühjahr 1965 hatte die amerikanische Zeitschrift „Electronics“ einen Grund zum Feiern: Sie war genau 35 Jahre auf dem Markt. Gestartet 1930 als Fachblatt für Rundfunktechnik, zeigte das Cover der Jubiläumsnummer vom 19. April 1965 den 1891 geborenen Radio- und Fernsehpionier David Sarnoff, der vor dem Steuerpult eines TV-Studios seine Pfeife rauchte. Auf Seite 114 fand sich aber ein Aufsatz, der die Leser in ein ganz anderes Gebiet führte, das der digitalen Elektronik.

„Cramming more components onto integrated circuits“ (etwa „Wie man mehr Bauelemente in eine integrierte Schaltung kriegt“) von Gordon Moore behandelte die künftige Entwicklung der Mikrochips. Diese gab es seit den späten 1950er Jahren, kleine Plättchen aus Silizium, in denen durch gezielte Verunreinigungen, den Dotierungen, elektronische Bauelemente wie Dioden oder Transistoren erzeugt wurden, die dann eine integrierte Schaltung bildeten. Zuvor hatten die Ingenieure solche Elemente einzeln anfertigen und mit Drähten verbinden müssen.

Gordon E. Moore, geboren 1929 in San Francisco, war von Haus aus Chemiker. Ab 1956 arbeitete er im kalifornischen Mountain View für den Transistor-Erfinders William Shockley, gehörte aber 1957 zu den „Acht Verrätern“, die Shockley verließen und in der Nachbarschaft eine eigene Firma gründeten, Fairchild Semiconductor. Diese produzierte die neuen integrierten Schaltungen, Moore leitete das Forschungs- und Entwicklungslabor.

In seinem Artikel für „Electronics“ ging es vor allem um fertigungstechnische Fragen, doch wagte Moore einige Voraussagen, die auch Laien begriffen. So schrieb er gleich zu Beginn: „Integrierte Schaltungen werden zu solchen Wundern führen wie Heimcomputer – oder mindestens Terminals, die an einen Zentralrechner angeschlossen sind –, automatischen Fahrzeugsteuerungen und tragbaren Kommunikationsgeräten für jedermann.“

Auf der dritten Seite des Textes erschien die obige Grafik, die Moore berühmt machen sollte. Die ansteigende und z. T. gestrichelte Linie zeigt die Relation zwischen der Zahl der Bauelemente auf einem Chip und dem Jahr, in dem es gelingt, sie auf einem Siliziumplättchen zu platzieren. Die Grafik besagt schlicht und einfach, dass sich jedes Jahr die Anzahl der im Mikrochip untergebrachten Transistoren, Dioden usw. verdoppeln wird.

Dass dabei keine Kurve herauskommt, sondern annähernd eine Gerade, liegt daran, dass Moore die y-Koordinate logarithmisch erhöhte: Geht man eine Einheit nach oben, verdoppelt sich der y-Wert. Für das Jahr 1965, in dem sein Aufsatz erschien, setzte er 64 Bausteine pro integrierte Schaltung an (die y-Koordinate 6 steht für die Zweierpotenz), es folgen 128, 256, 512 usw. Für 1975 ergeben sich 65.536 Komponenten, die Moore auf 65.000 abrundete und in dieser Form im Artikel erwähnte.

Die Idee, die Komponentenzahl eines Mikrochips exponentiell zu steigern, erhielt einige Jahre später den Namen „Mooresches Gesetz“ bzw. „Moore’s Law“. Mittlerweile gilt, dass sich jene Zahl nicht jährlich, sondern alle zwei Jahre verdoppelt, gelegentlich liest man auch von 18 Monaten, doch dient das Gesetz immer noch als Richtschnur für die Elektronikindustrie. Wobei man sich streiten kann, ob es eine echte Beobachtung oder nur eine stille Vereinbarung ist, an die sich Forscher, Entwickler, Verfahrenstechniker und Vertriebsleute gleichermaßen halten.

1968 verließ Gordon Moore die Firma Fairchild und startete mit seinem Kollegen Robert Noyce ein neues Unternehmen, Intel, für das er bis 1997 tätig war. Intel gehört zu den größten Chip-Fertigern weltweit und richtete zum 50. Geburtstag des Mooreschen Gesetz eine Sonderseite im Internet ein. Wer sich für die wissenschaftlichen Hintergründe der Regel interessiert (und technisches Englisch versteht), sollte aber dieses Buch aus dem Jahr 2006 konsultieren.

Ein Jahr vorher, also genau zum 40. Geburtstag des Mooreschen Gesetz, schuf das HNF mit der Chip-Pagode ein Denkmal für diese bahnbrechende Erkenntnis, wie das Foto unten zeigt (Foto: Jan Braun, HNF). Sie besteht aus illuminierten Plexiglasscheiben, die sich von unten nach oben in zwanzig Stufen – von 1965 bis 2005 – verkleinern und somit den stetigen Fortschritt der Mikroelektronik verdeutlichen.