Sicher kennt der eine oder andere das Moor’sche Gesetz. 1965, als die integrierte Schaltung noch jung war, prognostizierte Gordon Moore, damals noch bei Fairchild, dass sich die Zahl der Transitsorfunktionen einer integrierten Schaltung alle 12 Monate verdoppeln würde.
Das war etwas optimistisch, denn wie immer wenn es einen technischen Durchbruch, gibt war die Zuwachsrate enorm hoch, später flachte sich das wieder ab und 1975, zehn Jahre später korriegierte er sich auf 24 Monate. In der Praxis ist zumindest bei Intel eine Verdopplung etwa alle 20 Monate eingetreten.
Wie lange wird dies noch so weitergehen? Es gibt zwei möglich Antworten. Das eine ist die technisch und wirtschaftlich mögliche Weiterentwicklung und die andere die physikalisch mögliche. So gibt es auch zwei Prognosen: Gordon Moore meinte 2007 es würde noch 10 bis 15 Jahre weitergehen, während Patt Gelsinger es bis 2029 als gültig ansieht. Ich denke das entspricht bei Gordon dem was wirtschaftlich umsetzbar ist und Gelsinger dem was überhaupt möglich ist.
Macht man eine Prognose von den derzeit aktuellen Strukturbreiten von 32 nm auf 2017, 2022 und 2029, indem man annimmt, es wird so weitergehen wie die Steigerung in den letzten 6 Jahren (90 nm), 11 Jahren (180 nm) und 18 Jahren (800 nm), dann entspricht das Strukturbreiten von 1,28, 5,7 und 11,4 nm.
Das ist jenseits dessen, was heute technisch möglich ist. Was derzeit angestrebt wird, ist die EUV Belichtung, die mit 13 nm Wellenlänge arbeitet, dabei ist es schon heute möglich Strukturen zu fertigen, die deutlich kleiner als die Wellenlänge sind. Allerdings rechnen alle damit, dass die EUV Fertigung die Herstellungskosten rapide ansteigen lässt. Für die niedrige Wellenlänge muss man hoch präzis geschliffene Spiegel einsetzen. Linsen sind nicht mehr einsetzbar. Die gesamte Fertigung muss im Vakuum erfolgen, weil die Strahlen absorbiert. Dazu braucht man Extrem-UV Laser, weil dies die einzige mögliche Strahlenquelle ist. Die haben einen geringen Wirkungsgrad.
Das zweite sind die physikalischen Grenzen. Wo die liegen, weiß ich nicht. Der Grund ist recht einfach: In der Natur gibt es nicht Silizium mit dünnen Oxidschichten oder Silizium mit dünnen Alumniumbahnen. Es gibt Silizium nur in oxidierter Form oder es ist auch stabil als Metall. Aber es gibt keine Mischform und keine Verbindung mit Aluminium. Das gilt auch für viele andere Elemente. Was es aber gibt, sind dünne Oxidschichten auf Metallen die sich am Luftsauerstoff ausbilden. Die Oxidschicht nimmt zu, bis sie das darunter liegende Metall vor Oxidation schützt. Bei Aluminium hat sie eine Dicke von 10 nm. Daher würde ich annehmen, dass isolierende Schichten in dieser Größenordnung liegen müssen. Das würde für die beiden ersten Werte von etwa 6 und 11 nm sprechen. Die Weiterentwicklung bis zu 1,28 nm würde voraussetzen, dass schon viel kleinere Schichten isolierend wirken.
Wovon beide Grenzen noch weit entfernt sind, sind atomare Dimensionen. Eine Si-Si Bindung hat eine Länge im Bereich von etwa 0,15 nm, also nochmals zehnmal kleiner. Ich denke in wenigen Jahren werden wir sehen ob Moore oder Gelsinger recht behalten. Ich würde keine Wetten abschließen, weil ich denke, im Halbleiterbereich Prognosen wie die Technologie in 5-20 Jahren aussieht recht schwer sind. Die 5 Jahresfrist erscheint mir noch als Prognosemöglichkeit basierend auf der derzeitigen Technologie möglich, aber 20 Jahre? Ob man basierend auf der Technologie in der der 486 entstand wohl die heutige Technologie und die Prozessoren hätte prognostizieren können?
Mein Tipp wäre wohl der Mittelweg, also das Ende 2017 mit Strukturbreiten von rund 5-6 nm.