Ein Speicher verändert die Welt

Der Tag ist unbekannt, aber vor sechzig Jahren kam Robert Dennard auf das Konzept des dynamischen Arbeitsspeichers mit Transistoren, kurz DRAM. Erst im Juli 1967 meldete er das „Field-effect transistor memory“ in den USA zum Patent an, das im Juni 1968 gewährt wurde. So löste der IBM-Ingenieur ein Problem, das die Computerbauer seit langem quälte.

Konrad Zuse nahm 1941 Relais, um direkt auf Daten zuzugreifen. Sein Computer V3, später Z3 genannt, arbeitete elektromechanisch. Der erste Elektronenrechner ENIAC besaß 1946 zwanzig Schränke mit Radioröhren, die jeweils eine zehnstellige Dezimalzahl aufnahmen. ENIACs Nachfolger verwendeten Laufzeitspeicher, Fernsehröhren und Magnettrommeln.

Diese Geräte dienten als Arbeitsspeicher oder Random Access Memory, abgekürzt RAM; wir lassen den Ausdruck lieber unübersetzt. Zum König der RAMs avancierte in den 1950er-Jahren der Kernspeicher, ein Gitter mit kleinen magnetisierbaren Ringen. Seine Geschichte ist kompliziert, als Haupterfinder gilt aber Jay Forrester, der ihn im Computer Whirlwind nutzte. Nach jahrelangem Gerichtsprozess wurden Forresters Patente 1964 von der Firma IBM gekauft, was uns zu einem anderen Speicher-Erfinder bringt.

Robert Dennard  (Foto Fred Holland CC BY-SA 3.0 seitlich beschnitten)

Robert Dennard wurde am 5. September 1932 in einem Ort nahe Dallas als Sohn eines Farmers  geboren. Dank eines Stipendiums konnte er dort nach der High School eine Hochschule besuchen, später verdiente er etwas Geld in einem Elektrizitätswerk. Danach studierte Dennard Elektrotechnik an der heutigen Carnegie-Mellon-Universität in Pittsburgh; als Doktorarbeit baute er einen Analogrechner. 1958 trat er in die Forschungsabteilung von IBM ein; in dieser Firma verbrachte er dann sein gesamtes Berufsleben.

In den frühen 1960er-Jahren bezog Dennard ein Büro im Forschungszentrum von Big Blue im Bundesstaat New York. Das Thomas J. Watson Research Center ist oben im Eingangsbild zu sehen; die Retro-Mediathek der ARD verwahrt einen Fernsehbericht, der wohl 1962 im Haus entstand. Er stammt aus einer Folge der Serie „Auf der Suche nach der Welt von morgen“; NDR-Reporter Rüdiger Proske befasste sich mit der Künstlichen Intelligenz, die damals oft als Kybernetik bezeichnet wurde. Der IBM-Abschnitt startet bei Minute 3:30.

Grafik aus Dennards deutschem Patent: Die 12 ist ein Transistor, die 14 ein Kondensator. Seine elektrische Ladung wird dabei regelmäßig erneuert.

Bei Minute 10:50 erhalten wir einen Blick in eine Abteilung, in der Robert Dennard einige Zeit tätig war, die Untersuchung von Tunneldioden. Der IBM-Physiker Leo Esaki erhielt dafür 1973 den Physik-Nobelpreis. Dennard testete auch frühe Modems für den telefonischen Datentransfer; er flog dazu nach Europa und erreichte Übertragungsraten von 4.800 Bit pro Sekunde. 1966 widmete er sich den integrierten Schaltungen oder ICs, die mehrere Transistoren ersetzten. Im Mittelpunkt standen Feldeffekt-Transistoren oder MOSFETs, wie die Experten sagen.

Wir beschränken uns auf den Hinweis, dass jener Transistor 1925 erfunden wurde, doch erst in den 1950er-Jahren funktionierende Modelle erschienen. Vermutlich im Herbst 1966 nahm  Dennard an einer Konferenz über Projekte des IBM-Forschungszentrums teil. Ein Vortrag behandelte dünne magnetische Schichten, mit denen ein Forscher Daten speichern wollte. Am Abend dachte Dennard weiter über das Konzept nach und hatte eine Idee: Könnte man nicht den gleichen Effekt mit Kondensatoren und MOSFETs auf einem Mikrochip erzielen?

1.024 Bit fasste 1970 der Intel 1103. (Foto Thomas Nguyen CC BY-SA 4.0 seitl. beschnitten)

Mehr als ein halbes Jahr später, am 14. Juli 1967, meldete Robert Dennard ein US-Patent für ein „Field-Effect Transistor Memory“ an und erhielt es am 4. Juni 1968 unter der Nummer 3.387.286. Kurz darauf reichte er die Erfindung unter dem Titel „Kapazitiver wortorientierter Speicher unter Verwendung von Feldeffekt-Transistoren“ beim deutschen Patentamt ein; er musste bis 1973 warten, bis ein Patent mit der Nummer 1.774.482 erteilt wurde. Wir können die Lektüre allen technikhistorisch Interessierten empfehlen.

Heute heißt der Speicher dynamisches RAM oder DRAM; das erste kommerzielle Modell war 1970 der Chip Intel 1103. Er funktionierte etwas anders als es Dennards Patent vorschrieb. Er kombinierte nicht einen, sondern drei Transistoren mit jedem Kondensator. Das DRAM wurde in der Folgezeit stetig weiterentwickelt und bildet eine Säule der Computertechnik – es hat wahrlich die IT-Welt verändert. Robert Dennard starb am 23. April 2024, hier und hier steht mehr zu seiner Karriere. In diesem Video können wir ihn noch einmal live erleben.