Dass Mikroprozessoren in den vergangenen Jahrzehnten derart schnell an Rechenleistung gewonnen haben, verdanken wir hauptsächlich der kontinuierlichen Miniaturisierung ihrer grundlegendsten Bestandteile: den Transistoren. Waren die ersten Versionen dieser elektronischen Schalter in den 1950er-Jahren noch mehrere Zentimeter groß, sind sie heutzutage auf wenige Nanometer geschrumpft – und damit kleiner als Bakterien und sogar Viren. So konnten mit der Zeit immer mehr Transistoren auf einem einzelnen Mikrochip untergebracht und immer komplexere Rechenschaltungen realisiert werden.
Wie Gordon Moore, einer der Gründer des Chip-Herstellers Intel, bereits 1975 vorhersagte, folgte die Entwicklung dabei stets folgender Regel: Die Zahl der Transistoren pro Mikrochip verdoppelt sich etwa alle zwei Jahre. Ein Zusammenhang, der seither als das Mooresche Gesetz bekannt ist. Doch dieser Trend wird sich nicht ewig fortsetzen lassen. Spätestens, wenn die Transistoren die Größenordnung einzelner Atome erreichen, ist Schluss. Schließlich ist ein Atom einfach nur ein Atom und kein Transistor.
Die physikalischen Grenzen der Miniaturisierung machen sich allerdings schon deutlich früher bemerkbar. Denn Transistoren funktionieren nur, wenn sie in der Lage sind, elektrische Ströme zuverlässig ein- und auszuschalten. Doch werden die Transistoren zu klein, kommen Quanteneffekte ins Spiel. Die Elektronen tunneln dann einfach über geschlossene Transistoren hinweg und gelangen an Orte, an die sie nicht gehören. Es kommt zu Leckströmen und damit zu Leistungseinbußen. Schon heute haben die Chiphersteller mit dieser Problematik zu kämpfen.
Wird das Mooresche Gesetz also schon bald seine Gültigkeit verlieren? Wie so häufig gibt es darauf keine einfache Antwort. Denn es geht nicht nur um die Größe der Transistoren, sondern auch darum, wie viele von ihnen man auf einem Chip unterbringen kann. Das jedoch hängt stark davon ab, wie man die Transistoren auf dem Chip anordnet und miteinander verbindet – was wiederum vom verwendeten Herstellungsprozess abhängt, der seinerseits maßgeblich dadurch bestimmt wird, wie viel Geld man bereit ist, auszugeben.
Das größte Problem ist, dass die Produktion der Mikroprozessoren immer fehleranfälliger wird, je kleiner man die Transistoren macht und je mehr von ihnen man auf einem Chip unterzubringen versucht. Neben komplexeren Produktionsprozessen müssen daher in jüngerer Zeit immer mehr Schritte zur Prüfung der Funktionsfähigkeit der Chips in den Herstellungsprozess integriert werden. So umfassen moderne Herstellungsverfahren schon heute bis zu 1000 Arbeitsschritte. Die höhere Fehleranfälligkeit bedeutet außerdem, dass ein zunehmender Anteil der produzierten Chips aufgrund von Defekten aussortiert oder zwischendurch repariert werden muss, was die Herstellungskosten weiter in die Höhe treibt.
