Die Ära der nahezu kostenlosen Leistungssteigerung in der Computertechnik durch Miniaturisierung neigt sich dem Ende zu. Große Betreiber von Rechenzentren, sogenannte Hyperscaler (Unternehmen, die die größten Rechenzentren betreiben), investieren in diesem Jahr voraussichtlich über 700 Milliarden US-Dollar in neue Infrastruktur. Diese Summe übertrifft den Rekord von 2025 um das Doppelte und zeigt, dass Leistungssteigerung zunehmend durch schiere Größe und nicht durch technologische Verfeinerung erkauft wird.
Diese Entwicklung steht im Kontrast zur Vision des Physikers Richard Feynman, der bereits am 29. Dezember 1959 in seinem Vortrag „There’s Plenty of Room at the Bottom“ an der Caltech die Manipulation von Materie auf extrem kleinen Skalen thematisierte. Feynman argumentierte, dass keine physikalischen Gesetze der Speicherung der gesamten Encyclopædia Britannica auf einem Stecknadelkopf oder der Anordnung von Materie Atom für Atom entgegenstünden. Die Biologie zeige dies bereits mit der Informationsspeicherung in DNA. Er sah lediglich das Fehlen der notwendigen Werkzeuge als Hindernis.
Über Jahrzehnte hinweg schien sich Feynmans These zu bestätigen. Der Transistor, der zentrale Schalter in Computerchips, halbierte wiederholt seine Größe, wodurch sich die Chipdichte verdoppelte. Computer, die einst ganze Räume füllten, passen heute in eine Armbanduhr. Doch dieser „einfache Abstieg“ in immer kleinere Dimensionen ist zum Stillstand gekommen.
Die Verlangsamung der Skalierungsgesetze
Die Trendlinien, die die dramatischen Verbesserungen des Informationszeitalters im 20. Jahrhundert abbildeten, biegen sich im 21. Jahrhundert nun ab oder brechen sogar:
- Moores Law, das die Dichte von Transistoren auf Siliziumchips beschreibt, hat sich verlangsamt.
- Dennards Law, welches besagt, dass der Stromverbrauch eines Chipbereichs gleich bleibt, während er mit immer kleineren Transistoren bestückt wird, ist beendet.
- Koomeys Law, das misst, wie viel Rechenleistung pro Joule Energie gewonnen werden kann, schwächelt.
- Kryders Law, das die Packungsdichte von Bits in magnetischen Speichern beschreibt, ist stark verlangsamt.
- Kecks Law, das den exponentiellen Anstieg der Informationsmenge in einer einzelnen optischen Faser abbildet, stagniert.
Diese Skalierungsgesetze sind jedoch Beobachtungen über von Menschen entwickelte Systeme und keine grundlegenden physikalischen Gesetze. Die tatsächlichen physikalischen Grenzen der Computer- und Kommunikationstechnik, definiert durch Quantenmechanik, allgemeine Relativitätstheorie und Informationstheorie, liegen weit jenseits dessen, was heutige Rechenzentren erreichen.
Feynmans Preise und technologische Meilensteine
Feynman lobte 1959 zwei Preise von je 1.000 US-Dollar aus seiner eigenen Tasche aus. Der erste ging an denjenigen, der einen funktionierenden Elektromotor baute, der kleiner als ein 0,4-Millimeter-Würfel war. Etwa ein Jahr später präsentierte der Caltech-Ingenieur William McLellan einen solchen Motor. Die viertel Milligramm schwere Maschine, etwa so groß wie ein Sandkorn, wurde unter dem Mikroskop mit einem Zahnstocher und einer Uhrmacherdrehbank von Hand zusammengebaut. Feynman war laut eigener Aussage nur „leicht enttäuscht“, da der Meilenstein ohne neue Technologie erreicht wurde.
Der zweite Preis, für die Verkleinerung einer Textseite um den Faktor 25.000 in jede Richtung – ausreichend, um die gesamte Britannica auf einen Stecknadelkopf zu bringen – blieb 25 Jahre lang unbeansprucht. Er wurde schließlich 1985 von Tom Newman, einem Stanford-Studenten, gewonnen. Newman nutzte eine Elektronenstrahl-Lithographiemaschine, einen Vorläufer der heutigen Werkzeuge zur Mustererzeugung in der Chipherstellung, um die Eröffnungsseite von „A Tale of Two Cities“ im geforderten Maßstab zu transkribieren.
Die „Abstieg“ in die Mikrodimensionen hatte jedoch schon vor Feynmans Vortrag begonnen. Bereits 1958 gelang es Jack Kilby bei Texas Instruments, einen Transistor, einen Kondensator und drei Widerstände aus einem einzigen Germanium-Splitter zu verbinden. Dies bewies, dass ein ganzer Schaltkreis aus einem einzigen Halbleiterblock gefertigt werden konnte. Gordon Moore beobachtete 1965 diese Entwicklung und formulierte sein Gesetz, das die Verdoppelung der Komponenten auf einem Chip beschrieb. Moore stellte jedoch klar, dass Transistoren nicht unbegrenzt schrumpfen könnten, sondern dass es stets eine optimale Anzahl von Komponenten für die kostengünstigste Herstellung gab, die sich stetig verdoppelte.
Thema: Technologie / KI allgemein. Quelle/Inspiration: MIT Technology Review.