Treiber der Halbleiterindustrie Intel-Mitbegründer Gordon Moore und das Gesetz, das die Mikroelektronik beherrscht

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Der Ingenieur Gordon Moore ist nicht nur bekannt als Mitbegründer des Konzerns Intel, sondern auch für die Formulierung von „Moores Gesetz", das die exponentielle Zunahme der Rechenleistung durch die Verdopplung der Transistoren auf Mikroprozessoren beschreibt. Moores Beobachtungen hatten einen tiefgreifenden Einfluss auf die Entwicklung der Computertechnologie und trieben die Innovation in der Halbleiterindustrie voran - wir werfen einen Blick auf sein Leben.

Am 24. März 2023 verstarb Gordon Moore im Alter von 94 Jahren auf Hawaii. Bekannt wurde er als einer der drei Mitgründer von Intel, wobei er bei dem Konzern auch einige Jahre die Hauptverantwortung trug, sowie durch das Mooresche Gesetz, welches die Entwicklung von Computerchips betrifft. Wir blicken auf Moores Leben, die Entstehung von Intel sowie das Mooresche Gesetz.

Geboren wurde Gordon Moore als Gordon Earle Moore am 3. Januar 1929 im kalifornischen San Francisco. Über seine Kindheit und Jugend ist wenig bekannt, sodass wir direkt zu seinem 1950 abgelegten Bachelor-Abschluss in Chemie an der Universität von Kalifornien in Berkeley kommen. Die heute gut 120.000 Einwohner zählende Stadt liegt unmittelbar nordöstlich von Oakland bei San Francisco.

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Vier Jahre später machte Moore zudem noch einen Abschluss in Physik an der privaten Elite-Hochschule Caltech (California Institute of Technology) in Pasadena, nördlich von Los Angeles. Kalifornien blieb dann auch die Heimat von Gordon Moore, denn Intels Sitz liegt zwischen San Francisco im Norden und San José im Süden, wo die heute als Silicon Valley bekannte Tech-Region entstand.

Von der Rebellion zum Weltkonzern

Bereits in unserem Artikel über Jack Kilby und Robert Noyce, die als die Väter der modernen integrierten Schaltkreise gelten, hatten wir auch die Firma Fairchild Semiconductor thematisiert. Diese entstand durch eine Art Aufstand von acht Mitarbeitern des Halbleiter-Forschungslabors des bekannten Physikers William B. Shockley, die im Jahr 1957 das Labor gemeinsam verließen und ein eigenes Projekt starteten. Neben Jack Kilby und Robert Noyce war auch Gordon Moore einer der acht Mitarbeiter, die als Traitorous Eight, also „Verräterische Acht“ in die Historie der Halbleiterentwicklung eingingen.

Die ersten integrierten Schaltkreise

Jack Kilby und Robert Noyce: Die Väter der modernen Computerchips

Obwohl die Arbeit bei Fairchild Semiconductors erfolgreich war, gründeten Robert Noyce und Gordon Moore im Jahr 1968 die eigene Firma Moore-Noyce Electronics, die nach kurzer Zeit in Intel umbenannt wurde, was für INTegrated ELectronics steht. Die dritte große Intel-Persönlichkeit, Andrew „Andy“ Grove, stieß schon kurz nach der Gründung von Moore-Noyce Electronics dazu, sodass auch er als Mitbegründer von Intel bezeichnet wird. Letzterer leitete Intel in den 80er- und 90er-Jahren.

Gordon Moore wiederum war bis zum Jahr 1975 ausführender Vizepräsident von Intel und wurde dann zum Präsidenten und CEO ernannt. 1979 wurde Moore zusätzlich Vorstandsvorsitzender. Die Stelle als CEO hatte er bis zum Jahr 1987 inne; als Vorstandsvorsitzender war er noch bis zum Jahr 1997 in Vollzeit tätig. Er bleib danach inaktiver Vorsitzender und trat 2006 endgültig seinen Ruhestand an.

Inzwischen liegt der Jahresumsatz von Intel bei über 50 Milliarden Dollar für das Jahr 2023. Obwohl Gordon Moore nur mit 2,8 Prozent des Grundkapitals an Intel beteiligt war, galt er damit zeit seines Lebens als zweitgrößter Anteilseigner. Zeitweise wurde sein privates Vermögen auf über neun Milliarden US-Dollar geschätzt.

Das Mooresche Gesetz

Für die Wissenschaft und elektrotechnische Praxis war primär eine Erkenntnis wichtig, die Gordon Moore beobachtet und darauf basierend eine Theorie aufgestellt hatte. Dabei ging es um die nötige Zeit, um die Anzahl elektronischer Bauteile in einer integrierten Schaltung zu erhöhen. Schon im Jahr 1965 hatte er dazu einen Artikel in der Fachzeitschrift Electronics veröffentlicht, in dem er seine Beobachtungen zusammenfasste, die er in den Jahren seiner Tätigkeiten zu integrierten Schaltkreisen und Halbleitern gemacht hatte: Die Anzahl der Bauteile in einem integrierten Schaltkreis verdoppelte sich pro Jahr. Dies zu beschreiben war natürlich noch keine Besonderheit – Moore stellte sich aber die Frage, was passieren würde, wenn dies in den nächsten zehn Jahren so weitergehen würde.

Er kam dabei zu dem Schluss, dass auf absehbare Zeit mit einer Verdoppelung der Bauteile pro Chip pro Jahr zu rechnen sei. Die Theorie, die in Wirklichkeit maximal ein empirisches, aber kein mathematisches Gesetz ist, veränderte sich im Laufe der Jahre leicht. Mittlerweile geht es um die Anzahl der für eine integrierte Schaltung umsetzbaren Transistoren pro Flächeneinheit, nicht mehr um die reine Anzahl an Bauteilen pro integrierter Schaltung. Zehn Jahre nach seinem Artikel korrigierte sich Gordon Moore und legte den Zeitraum für eine Verdoppelung auf zwei Jahre fest. David House, ein ebenfalls für Intel tätiger Kollege von Moore, war dafür verantwortlich, dass ein oft ebenfalls akzeptierter Zeitraum von 18 Monaten für die Verdoppelungsdauer aufkam, wobei man weiterhin vom Mooreschen Gesetz spricht.

Es handelt sich dabei wie angedeutet insgesamt nur um eine Abschätzung und nicht um eine mathematisch herleitbare Formel, wenngleich Moore offenbar eine gute Nase für Vorhersagen hatte. Denn 1965 konnte beim besten Willen kaum jemand ernsthaft erwarten, dass auf viele Jahre hinweg weiterhin gewissermaßen eine Halbierung der technischen Baugrößen möglich ist. Dies hat freilich auch damit zu tun, dass die Entwicklung der Nachfrage nach Computertechnik und Chips extrem rasant verlief. Die Nachfrage ist dabei ein wichtiger Faktor dafür, dass sich die Forschung und Entwicklung überhaupt rentiert. Es ging Moore ohnehin um die jeweils modernsten, kommerziell produzierten Chips und nicht um das, was zwar technisch möglich, aber unwirtschaftlich ist.

Bedeutung für die Wirtschaft und Kritik

Das Mooresche Gesetz war und ist enorm wichtig für die Halbleiterindustrie. Diese nimmt nämlich das Mooresche Gesetz als wichtigen Indikator zur Planung von Forschung und Entwicklung. Ein Beispiel ist das Jahr 2005, als die kommerziell sinnvoll produzierbaren Chips eine Fertigungsgröße von 90 bis 130 Nanometern erreicht hatten. Bereits in der Pipeline für eine baldige Massenproduktion waren bereits 65-Nanometer-Chips, also eine Halbierung der Strukturgrößen, und in den Entwicklungsabteilungen waren Arbeiten für eine 10-nm-Fertigung im Gange.

Gordon Moore sagte bereits 2007 das Ende der Gültigkeit seines Gesetzes bis zum Jahr 2017 vorher, da er eine deutliche Verlangsamung der Miniaturisierung annahm. Nur wenige Monate später wurde ihm vom heutigen Intel-CEO Pat Gelsinger widersprochen, der das Gesetz mindestens bis 2029 als gegeben erachtet. Kritik an der Gesetzmäßigkeit gibt es insofern, als dass man von einer sich selbst erfüllenden Prophezeiung sprechen kann: Die Firmen setzten sich die Ziele, die aus dem Gesetz hervorgingen, und erfüllten diese auch mit teils größten Anstrengungen, um nicht gegen die Konkurrenz ins Hintertreffen zu geraten.

Ende einer Ära

Gordon Moore: Halbleiterpionier und Intel-Gründer ist tot

Ob die Entwicklungen ohne die Bekanntheit des Mooreschen Gesetzes ähnlich verlaufen wären, kann nicht beurteilt werden. Schon seit 2016 gehen die Fertigungsgrößen bei Intels Chip-Plänen allerdings in kleineren Schritten voran, auch da man sich immer mehr physikalischen Grenzen nähert, die abseits der reinen Fertigung rein funktionale Probleme mit sich bringen. Eine weitere Kritik am Mooreschen Gesetz ist, dass es sich im Laufe der Zeit angepasst hat und daher keine Grundsatzaussage erhalten geblieben ist. Allein den Zeitraum von 12 auf 24 und dann auf 18 Monate zu verändern, verursacht bereits große Interpretationsunterschiede.

Wärmeentwicklung von Chips und Gordon Moores Lebensende

Im selben Artikel, in dem Gordon Moore seine Einschätzung zur Miniaturisierung veröffentlichte, gab es noch eine weitere Überlegung, die mit der Zukunft zu tun hatte. Entgegen dem Mooreschen Gesetz hielt man die zweite Theorie aber in Fachkreisen damals für nicht haltbar und ordnete sie eher in den Bereich der Fiktion. Allerdings zeigt sich heute, dass Moore Recht behalten hat.

Es ging um die Problematik, dass die immer höhere Anzahl an Transistoren pro Fläche zu einer so großen Wärmeentwicklung führen würde, dass der Miniaturisierung recht schnell klare Grenzen gesetzt sind. Moore sah zwar prinzipiell ebenfalls diese Hitze-Gefahr, war sich aber sicher, dass die Effizienzsteigerungen das Wärmeproblem lösen oder zumindest entschärfen. Durch die Verkürzung der Leitungswege, die mit der Verkleinerung einhergeht, und Sichtungstechniken würde in großen Teilen ein Ausgleich zur Wärmeentwicklung erfolgen, was retrospektiv nun auch so eingetreten ist.

An dieser Stelle vollziehen wir einen kleinen Bruch, denn wir kommen zu einigen Auszeichnungen und dem Lebensende von Gordon Moore. Die wohl größte Auszeichnung war im Jahr 2002 die Freiheitsmedaille, die höchste zivile Auszeichnung der USA, die vom damaligen Präsidenten George W. Bush überreicht wurde. Schon 1990 wurde Moore in die American Academy of Arts und Science aufgenommen und bekam zudem die National Medal of Technology, eine Ehrung der USA für besonders innovative Persönlichkeiten. 2002 wurde der 1990 entdeckte Asteroid 8013 „Gordonmoore“ getauft; 2005 wählte die American Philosophical Society Moore zum Mitglied. Im Jahr 2000 gründete Gordon Moore mit seiner Frau eine Gesellschaft, die sich dem Umweltschutz in der Bucht von San Francisco widmet und ein Stiftungskapital von mehreren Milliarden Dollar aufweist. Seine letzten Lebensjahre verbrachte Gordon Moore auf Hawaii. (sb)

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