IC Insights Moore´s Law gilt

Die Entwicklung der Zahl der Transistoren für verschiedenen IC-Typen seit 1971.
Die Entwicklung der Zahl der Transistoren für verschiedene IC-Typen seit 1971.

Auch wenn sich die Wachstumsraten in einigen Produktbereichen verlangsamt haben, bleibt Moore´s Law im Wesentlichen weiter gültig.

Auch wenn sich die Wachstumsraten in einigen Produktbereichen verlangsamt haben, bleibt Moore´s Law im Wesentlichen weiter gültig.

Das ist das Ergebnis einer Untersuchung der Analysten von IC Insights. Grob umrissen sagt Moore´s Law die Verdoppelung der Anzahl der Transistoren pro Chip alle zwei Jahre voraus.

Die Analysten haben nun die Wachstumsraten der Transistoren von DRAMs, Flash-Speichern, Mikroprozessoren und Grafikprozessoren über die vergangenen fünf Jahrzehnte untersucht. Einflussfaktoren wie Leistungsaufnahme und Skalierungsprobleme haben die Zahl der Transistoren auf bestimmten Chip-Typen über die vergangenen Jahre  langsamer wachsen lassen. So hat sich die Wachstumsrate der Transistoren auf DRAMs bis zu den frühen 2000er Jahren auf durchschnittlich 45 Prozent pro Jahr eingependelt, dann aber hat sie sich ab der 16-Gb-Generation auf 20 Prozent verlangsamt.

Samsung hat mit der Stückzahlproduktion der Single-Chip-16-Gb-DRAM-Generation Ende 2016 begonnen. Ein Jahr zuvor hatte Samsung die Fertigung der 12-Gb-Generation aufgenommen, wiederum ein Jahr zuvor die 8-Gb-Generation. Der DDR5-Standard, den die JEDEC noch nicht abgeschlossen hat, umfasst monolithische 24-Gb-, 32-Gb- und 64-Gb-Typen.

Das jährliche Wachstum der Flash-Speicherdichten lag bis 2012 bei 55 bis 60 Prozent, sank dann aber auf durchschnittlich 30 bis 35 Prozent in den folgenden Jahren. Im Januar 2020 erreichten die planaren 2D-Typen eine höchste Speicherdichte von 128 Gb. Ein 96-Layer-3D-NAND-Typ mit einer Speicherfähigkeit von 4 b pro Zelle (QLC) brachte es zum selben Zeitpunkt auf 1,33 Tb.  Die Kombination von QLC und 2D-Technik könnte es bis Ende 2020 auf 1,5 Tb bringen, die 128-Layer-Technik öffnet dann den Weg zu 2-Tb-Chips.

Die Zahl der Transistoren auf den Prozessoren von Intel erreichte bis 2010 ein Wachstum von durchschnittlich 40 Prozent pro Jahr. Darauf fiel das Wachstum auf die Hälfte dieser Rate ab. Die Zahl der Transistoren für Server-Prozessoren stagnierte in der Mitte bis zum Ende der ersten Dekade dieses Jahrtausends, wuchs dann aber wieder mit 25 Prozent pro Jahr. Seit 2017 veröffentlicht Intel keine Details mehr zu den Transistorzahlen.

Die Transistorzahlen der Applikationsprozessoren der A-Serie von Apple, die in iPhones und iPads Einsatz finden, legten seit 2013 mit 43 Prozent pro Jahr zu. Auf dem neusten Applikationsprozessor vom Typ A13 sind 8,5 Mrd. Transistoren integriert.  Schon in der ersten Hälfte 2020 will Apple den A13 X auf den Markt bringen.

Die High-End-GPUs von Nvidia erreichen sehr hohen Transistorzahlen. Anders als Mikroprozessoren zeichnen sich GPUs durch hochgradig parallele Strukturen aus und enthalten Cache-Speicher hoher Dichten. Die neusten GPUs sind darauf optimiert, neuronale Netze abzubilden. Diese Network Processing Units (NPUs) sind speziell auf den Einsatz in der KI und im Maschine Learning zugeschnitten.

Fazit von IC Insights: Auch wenn Moore´s Law zunehmend ernste Hürden im Wege stehen, scheint Moore´s Law bis auf weiteres noch zu gelten.