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Moderne Computer sind wirklich erstaunlich und werden im Laufe der Jahre immer besser. Einer der vielen Gründe, warum dies passiert ist, ist die bessere Verarbeitungsleistung. Alle 18 Monate verdoppelt sich die Anzahl der Transistoren, die auf den Siliziumchips in integrierten Schaltkreisen platziert werden können.
Dies ist als Moores Gesetz bekannt und wurde 1965 von Intel-Mitbegründer Gordon Moore bemerkt. Aus diesem Grund wurde die Technologie so schnell vorangetrieben.
Was genau ist das Mooresche Gesetz?
Das Mooresche Gesetz ist die Beobachtung, dass Computerchips schneller und energieeffizienter werden, während die Herstellung billiger wird. Es ist eines der führenden Progressionsgesetze in der Elektrotechnik und das seit Jahrzehnten.
Eines Tages jedoch wird das Mooresche Gesetz zu Ende gehen. Während uns seit mehreren Jahren vom bevorstehenden Ende berichtet wird, nähert es sich im aktuellen technologischen Klima mit ziemlicher Sicherheit seiner Endphase.
Es stimmt, dass Prozessoren ständig schneller und billiger werden und mehr Transistoren darauf gepackt werden. Mit jeder neuen Iteration eines Computerchips sind die Leistungssteigerungen jedoch geringer als früher.
Während neuer Zentraleinheiten (CPUs) kommen mit besserer Architektur und technischen Spezifikationen, die Verbesserungen für alltägliche computerbezogene Aktivitäten schrumpfen und treten langsamer auf.
Warum ist das Mooresche Gesetz wichtig?
Wenn das Mooresche Gesetz endlich „aufhört“, werden Siliziumchips keine zusätzlichen Transistoren mehr aufnehmen. Dies bedeutet, dass für den weiteren technologischen Fortschritt und die nächste Generation von Innovationen ein Ersatz für siliziumbasiertes Computing erforderlich ist.
Das Risiko besteht darin, dass das Mooresche Gesetz seinen sicheren Untergang findet, ohne dass es einen Ersatz gibt. In diesem Fall könnte der technologische Fortschritt, wie wir ihn kennen, gestoppt werden.
Potenzieller Ersatz von Silizium-Computerchips
Da der technologische Fortschritt unsere Welt prägt, stößt das siliziumbasierte Computing schnell an seine Grenzen. Das moderne Leben hängt von Halbleiterchips auf Siliziumbasis ab, die unsere Technologie – von Computern über Smartphones bis hin zu medizinischen Geräten – antreiben und ein- und ausgeschaltet werden können.
Wichtig zu wissen ist, dass siliziumbasierte Chips als solche noch nicht „tot“ sind. Vielmehr haben sie ihre Leistungsspitze weit hinter sich. Das bedeutet nicht, dass wir nicht darüber nachdenken sollten, was sie ersetzen kann.
Computer und zukünftige Technologien müssen agiler und extrem leistungsfähiger sein. Um dies zu erreichen, brauchen wir etwas, das den derzeitigen siliziumbasierten Computerchips weit überlegen ist. Dies sind drei mögliche Nachfolger:
1. Quantencomputer
Google, IBM, Intel und eine ganze Reihe kleinerer Start-up-Unternehmen befinden sich in einem Wettlauf um die allerersten Quantencomputer. Diese Computer werden mit der Kraft der Quantenphysik eine unvorstellbare Rechenleistung liefern, die von „Qubits“ geliefert wird. Diese Qubits sind weitaus leistungsfähiger als Siliziumtransistoren.
Bevor das Potenzial des Quantencomputings freigesetzt werden kann, müssen Physiker jedoch noch viele Hürden nehmen. Eine dieser Hürden besteht darin, zu zeigen, dass die Quantenmaschine überlegen ist, indem sie eine bestimmte Aufgabe besser erledigt als ein normaler Computerchip.
2. Graphen und Kohlenstoff-Nanoröhrchen
Graphen wurde 2004 entdeckt und ist ein wahrhaft revolutionäres Material, das dem Team dahinter den Nobelpreis eingebracht hat.
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Es ist extrem stark, kann Strom und Wärme leiten, hat eine Dicke von einem Atom mit einer hexagonalen Gitterstruktur und ist in Hülle und Fülle verfügbar. Es kann jedoch noch Jahre dauern, bis Graphen für die kommerzielle Produktion verfügbar ist.
Eines der größten Probleme von Graphen ist die Tatsache, dass es nicht als Schalter verwendet werden kann. Im Gegensatz zu Silizium-Halbleitern, die durch elektrischen Strom ein- oder ausgeschaltet werden können – dies erzeugt Binärcode, die Nullen und Einsen, die Computer zum Laufen bringen – kann Graphen dies nicht.
Das würde bedeuten, dass zum Beispiel Computer auf Graphenbasis nie ausgeschaltet werden könnten.
Graphen und Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind noch sehr neu. Während siliziumbasierte Computerchips seit Jahrzehnten entwickelt werden, ist die Entdeckung von Graphen erst 14 Jahre alt. Wenn Graphen in Zukunft Silizium ersetzen soll, bleibt noch viel zu tun.
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Trotzdem ist es theoretisch zweifellos der idealste Ersatz für Chips auf Siliziumbasis. Denken Sie an faltbare Laptops, superschnelle Transistoren, Telefone, die nicht kaputt gehen können. All dies und mehr ist mit Graphen theoretisch möglich.
3. Nanomagnetische Logik
Graphen und Quantencomputing sehen vielversprechend aus, aber auch Nanomagnete. Nanomagnete verwenden nanomagnetische Logik, um Daten zu übertragen und zu berechnen. Sie tun dies, indem sie bistabile Magnetisierungszustände verwenden, die lithographisch an der Zellarchitektur einer Schaltung befestigt werden.
Nanomagnetische Logik funktioniert auf die gleiche Weise wie Transistoren auf Siliziumbasis, aber anstatt die Transistoren ein- und auszuschalten, um einen Binärcode zu erzeugen, ist es das Umschalten von Magnetisierungszuständen, die dies tun. Unter Verwendung von Dipol-Dipol-Wechselwirkungen – der Wechselwirkung zwischen dem Nord- und Südpol jedes Magneten – kann diese binäre Information verarbeitet werden.
Da die nanomagnetische Logik nicht auf elektrischen Strom angewiesen ist, ergibt sich ein sehr geringer Stromverbrauch. Dies macht sie zum idealen Ersatz, wenn Sie Umweltfaktoren berücksichtigen.
Welcher Siliziumchip-Ersatz ist am wahrscheinlichsten?
Quantencomputing, Graphen und nanomagnetische Logik sind vielversprechende Entwicklungen mit jeweils eigenen Vor- und Nachteilen.
In Bezug darauf, welches derzeit jedoch die Nase vorn hat, ist es Nanomagnete . Da Quantencomputing immer noch nichts anderes als eine Theorie und praktische Probleme mit Graphen ist, scheint nanomagnetisches Computing der vielversprechendste Nachfolger von siliziumbasierten Schaltkreisen zu sein.
Es ist aber noch ein weiter Weg. Das Mooresche Gesetz und siliziumbasierte Computerchips sind immer noch relevant und es kann Jahrzehnte dauern, bis wir einen Ersatz brauchen. Wer weiß, was bis dahin verfügbar sein wird. Es kann sein, dass die Technologie, die aktuelle Computerchips ersetzen wird, noch entdeckt werden muss.
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- Moores Gesetz
Luke ist Jurist und freiberuflicher Technologieautor aus Großbritannien. Schon in jungen Jahren beschäftigt er sich mit Technologie. Zu seinen Hauptinteressen und Fachgebieten gehören Cybersicherheit und neue Technologien wie künstliche Intelligenz.
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