Nicht nur, dass Moores Law nicht tot ist, es könnte sogar übertroffen werden. Die Betonung liegt hier allerdings auf dem Wort »könnte«. (Bildquelle: Adobe Stock – Illustration – ryanking999)

Seit Dekaden galt in der Hardware-Branche Moores Law. Es besagt, dass sich die Menge an Transistoren in Mikrochips ungefähr alle zwei Jahre verdoppelt. Dadurch werden Chips immer leistungsfähiger und effizienter, auch dank schrumpfender Größe.

Diese Chips kommen dann in Smartphones, PCs, TVs und vielen anderen Geräten zum Einsatz, die ihr täglich nutzt. Handys von heute können nur deshalb so viel Leistung auf so kompaktem Raum unterbringen, weil die Technik wie in Moores Law beschrieben immer weiter vorangeschritten ist.

Seit einigen Jahren behaupten Industriegrößen wie zum Beispiel Nvidia CEO Jensen Huang, dass Moores Law tot sei, da Hardware und Material an ihre Grenzen stoßen.

IMEC, das vielleicht wichtigste Tech-Forschungsunternehmen, von dem wahrscheinlich nur wenige Menschen gehört haben, ist da optimistischer und hat auch schon eine Roadmap für die kommenden 15 Jahre parat.

Was ist IMEC? Das IMEC (Interuniversity Microelectronics Centre) ist das weltweit größte unabhängige Forschungs- und Innovationszentrum für Nanoelektronik und digitale Technologien mit Sitz in Belgien. Es steht in engem Kontakt mit Herstellern wie Intel, IBM, Samsung und anderen Tech-Unternehmen und erforscht vereinfacht gesagt, was die Hersteller später bauen werden.

Moores Law hat Schwierigkeiten

In einem Beitrag auf der offiziellen Webseite von IMEC fasst das Unternehmen die Herausforderungen zusammen, vor denen Moores Law steht:

Physikalische Grenzen: Bei immer kleineren Transistoren entstehen Quanteneffekte. Elektronen verhalten sich unvorhersehbar und »sickern« aus den Bauteilen.
Kosten und Komplexität: Das Entwickeln und Herstellen moderner Chips wird immer teurer. Die neuesten Produktionsmethoden sind extrem kostspielig und benötigen Spezialausrüstung.
Materialgrenzen: Silizium, der Standardstoff für Chips, stößt an seine Grenzen. Wenn Transistoren noch kleiner werden, reichen Siliziums elektrische Eigenschaften nicht mehr aus, um die gewünschte Leistung zu liefern.

Doch bei all den Problemen gibt es auch Methoden und Konzepte, die Moores Law am Leben halten.

Moores Law ändert sich

IMEC spricht davon, dass man die Grundsätze von Moores Law durch innovative Technologien und Ansätze weiterführt:

Neue Fertigungsmethoden: Fortschrittliche Lithografie-Verfahren wie EUV und High-NA-EUV ermöglichen noch kleinere und präzisere Chipstrukturen. Sie treiben die Miniaturisierung weiter voran, sind aber deutlich teurer und komplexer.
Neue Transistor-Designs: Moderne Bauformen wie Gate-all-around- oder Nanosheet-Transistoren verbessern die Kontrolle über den Stromfluss. Dadurch lassen sich Transistoren weiter verkleinern, obwohl klassische Designs an ihre Grenzen stoßen.
3D-Chips: Statt Transistoren nur nebeneinander anzuordnen, werden sie in mehreren Schichten übereinander gestapelt. Das erhöht die Transistordichte und verbessert Leistung sowie Effizienz, ohne die Bauteile weiter zu verkleinern.
Spezialisierte Chip-Architekturen: Künftige Chips werden stärker auf ihren Einsatzzweck zugeschnitten. Je nach Anwendung (z.B. Smartphone, KI oder Gaming-PC) kommen unterschiedliche Kombinationen aus Fertigung, 3D-Integration und Spezialbausteinen zum Einsatz. Diesen Ansatz nennt IMEC »CMOS 2.0«.

Mehr dazu seht ihr weiter unten in der Roadmap für die nächsten 15 Jahre.

Neben den Ansätzen, die bereits aktiv verfolgt werden, gibt es auch alternative Wege, wie die Halbleiter in Zukunft hergestellt werden könnten:

Neue Materialien: Alternativen zu Silizium wie Graphen oder sogenannte Übergangsmetall-Dichalkogenide versprechen bessere elektrische Eigenschaften. Dadurch könnten künftige Transistoren schneller und effizienter arbeiten.
Neuromorphes Computing: Diese Chips orientieren sich am Aufbau des menschlichen Gehirns und dessen Nervennetzwerken. Vor allem bei Anwendungen mit künstlicher Intelligenz könnten sie deutlich effizienter arbeiten als heutige Prozessoren.
Quantencomputer: Statt klassischer Bits nutzen Quantencomputer sogenannte Qubits, die mehrere Zustände gleichzeitig annehmen können. Dadurch könnten sie bestimmte Aufgaben lösen, an denen heute selbst die schnellsten Supercomputer scheitern.

54:03 1.039 für WAS?! Die Steam Machine ist Valves teuerster Fehler

Autoplay

Moores Law könnte übertroffen werden

Es ist knapp, aber nein: Momentan kann man laut IMEC nicht davon sprechen, dass Moores Law tot ist. Auf die Frage, ob das Hardware-Gesetz noch valide sei, antworten sie Folgendes:

»In gewisser Weise ja – aber die Entwicklung schreitet voran. Da wir uns den physikalischen und wirtschaftlichen Grenzen der traditionellen Skalierung nähern, orientiert sich die Branche zunehmend an neuen Technologien und Ansätzen. Diese könnten den durch Moores Law vorhergesagten Fortschritt aufrechterhalten oder sogar übertreffen.«

Wenn die neuen Ansätze fruchten, könnte das Wachstum also schneller voranschreiten als eine Verdopplung von Transistoren alle zwei Jahre.

Ob das so kommt, wird nur die Zukunft zeigen, doch praktischerweise zeigt uns IMEC genau, wie es sich die kommenden 15 Jahre vorstellt.

Das kommt die nächsten 15 Jahre

IMEC hat im Mai 2026 eine Roadmap für Halbleiterherstellung geteilt, die genau zeigt, wann welche Technologie auf dem Markt zu sehen sein wird:

Besonders die Jahre 2033 und 2041 sind spannend. Zwischen den großen Veränderungen stehen aber Zwischenstufen, die als Brücke genutzt werden. (Bildquelle: IMEC via IEEE Spectrum)

Der wichtigste Schritt soll ab etwa 2033 die Einführung sogenannter CFET-Transistoren (Complementary Field-Effect Transistors) sein. Dabei werden die beiden Transistoren, aus denen ein CMOS-Baustein besteht, nicht mehr nebeneinander, sondern übereinander angeordnet.

Dadurch lässt sich auf derselben Chipfläche deutlich mehr Rechenleistung unterbringen. Intel, Samsung und TSMC arbeiten bereits an ersten Prototypen, allerdings ist noch offen, welche Fertigungsmethode sich am Ende durchsetzen wird.

Langfristig erwartet IMEC einen weiteren Technologiewechsel. Ab etwa 2041 könnten Chips statt Silizium sogenannte 2D-Halbleiter verwenden. Diese atomdünnen Materialien benötigen weniger Spannung und könnten die Energieeffizienz künftiger Prozessoren deutlich steigern.

Wie realistisch ist die Roadmap? 15 Jahre sind eine lange Zeit, doch IMEC ist ein erfahrenes Unternehmen, das bereits in der Vergangenheit ähnliche Roadmaps veröffentlicht hat:

Die letzte IMEC-Roadmap aus dem Jahr 2023. (Bildquelle: IMEC)

Hier seht ihr, dass das A7-Verfahren für 2030 datiert ist. IBM hat vor wenigen Tagen angekündigt, dass sie einen solchen Chip bereits gebaut haben:

IBM hat gerade den kleinsten Computerchip der Welt gebaut – er ist so klein, dass ihr die relevante Maßeinheit wahrscheinlich gar nicht kennt

IBM sagt allerdings auch, dass es noch bis zu fünf Jahre dauern könnte, bis diese Technologie marktreif ist. Sollte das stimmen, würde der Zeitplan von IMEC um zwei Jahre daneben liegen. Für eine derart variablenreiche Prognose scheint das allerdings eine gute Vorhersage zu sein.

Das lässt hoffen, dass auch die aktuelle Roadmap von IMEC ungefähr so eingehalten wird. Wie so vieles im Leben und insbesondere der Weiterentwicklung von Technologie bleibt das aber abzuwarten.