Have we reached the limit of computer power? - Sajan Saini and George Zaidan

Übersetzung: Nadine Helmstetter Lektorat: Andrea Hielscher

In the Netherlands, there’s an ambitious company

Ein aufstrebendes Unternehmen in den Niederlanden

that builds one of the most advanced and expensive tools in the world:

stellt eins der fortschrittlichsten und teuersten Geräte der Welt her.

a single unit costs hundreds of millions of dollars.

Ein einziges Gerät kostet Hunderte Millionen Dollar.

And when companies buy one,

Jeder Käufer

they also need 250 engineers to install the 165-ton device

benötigt außerdem 250 Techniker zur Installation des 165-Tonnen-Gerätes,

in a process that typically takes half a year.

die in der Regel ein halbes Jahr dauert.

But despite this steep cost in time and money,

Aber trotz des hohen Kosten- und Zeitaufwands

many microchip makers desperately want one of these machines.

wollen viele Mikrochiphersteller unbedingt eine dieser Maschinen.

The hundred-million-dollar question is: why?

Die Hundert-Millionen-Dollar-Frage ist: Warum?

The answer has to do with something called Moore’s Law.

Die Antwort hängt mit dem sogenannten Mooreschen Gesetz zusammen.

First coined by Intel co-founder Gordon Moore,

Formuliert wurde es von Intel-Mitbegründer Gordon Moore.

this law states that every 1 to 2 years

Es besagt, dass sich alle ein bis zwei Jahre

the number of transistors that can fit on a given size computer chip will double.

die Transistoranzahl auf einem Computerchip bestimmter Größe verdoppelt.

And by extension, the rough number of calculations that chip can do per second

Damit verdoppelt sich auch die ungefähre Anzahl der Berechnungen,

die ein Chip pro Sekunde durchführt.

will also double.

Now, this law isn't a physical law like gravity.

Das ist kein physikalisches Gesetz wie die Schwerkraft.

It’s just a trend Moore observed during the early 1960s.

Es ist ein von Moore in den frühen 1960er Jahren beobachteter Trend.

But chipmakers turned that trend into a goal, and in turn,

Aber die Chiphersteller machten diesen Trend zum Ziel

und die Kunden erwarten, dass sich die Datenverarbeitung

consumers learn to expect computing progress to continue

in diesem exponentiellen Tempo fortsetzt.

at this exponentially fast pace.

And the amazing thing is, for six decades, it pretty much has.

Erstaunlicherweise ist das seit 60 Jahren tatsächlich der Fall.

Thanks to Moore’s Law, chips have gotten smaller, faster,

Dank des Mooreschen Gesetzes sind Chips kleiner, schneller,

more efficient, and cheaper.

effizienter und günstiger geworden.

But today, there are four key problems that trip up this trend,

Doch es gibt vier diesen Trend bremsende Probleme,

potentially ending Moore’s Law

die das Mooresche Gesetz aushebeln

and fundamentally changing how we make progress in computing.

und den Fortschritt in der Datenverarbeitung grundlegend verändern.

The first is transistor size.

Das erste ist die Transistorgröße.

Transistors are basically on/off switches,

Transistoren sind Ein-/Ausschalter,

and these building blocks of digital computing have been shrinking

und diese Bausteine der digitalen Datenverarbeitung

since the 1960s.

werden seit den 1960ern immer kleiner.

But recently they’ve gotten so small,

Aber inzwischen sind sie so klein,

quantum physics has begun to interfere with their functions.

dass die Quantenphysik ihre Funktionen beeinträchtigt.

When a transistor’s switch, or gate, is less than 20 nanometers,

Ist der Transistorschalter, Gate genannt, kleiner als 20 Nanometer,

electrons will tunnel along it continuously,

tunneln die Elektronen kontinuierlich daran entlang,

turning a crisp on/off switch into a hazy dimmer.

und ein präziser Ein-/Ausschalter wird zu einen trüben Dimmer.

The second problem is heat.

Das zweite Problem ist Wärme.

As chipmakers make components smaller and more complex,

Da Chiphersteller Bauteile kleiner und komplexer machen,

müssen die dazwischen verlaufenden Kupferleitungen dünner und länger sein.

the copper lines that run between them need to be thinner and longer.

This increases their electrical resistance and generates high heat

Das erhöht ihren elektrischen Widerstand und erzeugt große Wärme,

that impairs chip performance and can’t be easily dissipated.

die die Chipleistung beeinträchtigt und nicht einfach abgeleitet werden kann.

Today’s chips can already run hot enough to cook an egg,

Moderne Chips können heiß genug werden, um ein Ei zu braten,

and temperatures are only predicted to increase without new innovations.

und ohne Innovationen werden die Temperaturen vermutlich weiter steigen.

While both these issues represent limits in the fundamental physics of chipmaking,

Beide Probleme zeigen zwar Grenzen

in der elementaren Physik der Chipherstellung,

researchers haven't stopped trying to solve them.

aber es wird weiter nach Lösungen gesucht.

Unfortunately, their solutions often exacerbate the third major problem:

Leider verschlimmern diese Lösungen oft das dritte große Problem:

chipmaking’s environmental impact.

die Auswirkungen der Chipherstellung auf die Umwelt.

For example, swapping copper lines for ruthenium

So könnte der Austausch von Kupferleitungen

durch Ruthenium dazu beitragen,

could help pack transistors more tightly and keep chips smaller—

Transistoren zu komprimieren und Chips zu verkleinern.

but that metal is far scarcer than copper

Doch dieses Metall ist weitaus seltener als Kupfer

and would require new mining infrastructure.

und würde eine neue Bergbauinfrastruktur erfordern.

Similarly, the technology currently used to make today’s smallest transistors

Auch erfordert die heutige Technologie zur Herstellung kleinster Transistoren

requires huge amounts of energy and chemicals

enorme Mengen an Energie

called perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances,

und von Chemikalien namens Perfluoroalkyl und Polyfluoroalkyl,

Stoffe, deren Abbau in der Umwelt Jahrtausende dauern kann.

which can take thousands of years to break down in the environment.

Managing these first three problems contributes to the final issue: cost.

Die Bewältigung dieser drei Probleme trägt zum letzten Problem bei: den Kosten.

To keep achieving Moore’s Law,

Um das Mooresche Gesetz einzuhalten,

chipmakers have to make individual chip components smaller.

müssen Chiphersteller nun einzelne Chip-Komponenten verkleinern.

And this is where that costly $400 million machine comes in.

Hier kommt die teure 400-Millionen-Dollar-Maschine ins Spiel.

This marvel of chip-making science shoots a stream of tin droplets

Dieses Wunderwerk der Chipherstellung

schießt einen Strom aus Zinntröpfchen in eine Vakuumkammer

into a vacuum chamber before blasting them with a high-energy laser

und befeuert sie mit einem Hochenergie-Laser,

that vaporizes the tin to create plasma.

der das Zinn verdampft und Plasma erzeugt.

In turn, the plasma emits a 13.5 nanometer wavelength of ultraviolet light

Das Plasma emittiert ultraviolettes Licht in einer Wellenlänge von 13,5 Nanometern,

that can be used to produce incredibly small transistors.

das man zur Herstellung winziger Transistoren verwendet kann.

This remarkable feat of engineering has helped chipmakers

Diese technische Meisterleistung hilft den Chipherstellern,

keep up with Moore’s Law.

das Mooresche Gesetz einzuhalten.

But as chips keep getting denser,

Aber da die Chips immer kompakter werden,

intricate manufacturing plants keep getting more expensive.

werden die komplizierten Produktionsanlagen immer teurer.

This trend has been so consistent, it’s actually earned the nickname

Dieser Trend ist so beständig,

dass er sogar den Spitznamen “Zweites Mooresches Gesetz” bekam.

Moore’s Second Law.

Obviously, all these trajectories are unsustainable.

All die Entwicklungen sind offenbar nicht nachhaltig.

Manufacturing plants can’t keep increasing in price,

Produktionsanlagen können nicht immer teurer werden,

our ecosystems can’t endure endless mining and pollution,

die Ökosysteme können nicht endlos Bergbau und Umweltverschmutzung ertragen

and the laws of physics are unlikely to change anytime soon.

und die physikalischen Gesetze werden sich wohl nicht ändern.

Fortunately, Moore's Law is flexible,

Zum Glück ist das Mooresche Gesetz flexibel,

and there’s no reason we can’t introduce new goals

und man kann durchaus mit neuen Zielen

to keep making computing progress responsibly.

umweltfreundliche Fortschritte bei der Datenverarbeitung machen.

Perhaps we could introduce a new Sustainability Law?

Vielleicht könnten wir ein neues Nachhaltigkeitsgesetz einführen?

Smaller transistors already use less material and produce less e-waste,

Kleinere Transistoren bedeuten weniger Material und Elektroschrott;

and advancements in electronic-photonic integration

durch Fortschritte bei der elektronisch-photonischen Integration

are allowing chips to use less energy and generate less heat.

verbrauchen Chips weniger Energie und erzeugen weniger Wärme.

So perhaps chips should be made twice as sustainable every several years?

Sollten Chips also alle paar Jahre doppelt so nachhaltig hergestellt werden?

Whatever the answer is,

Wie auch immer die Antwort lautet:

we make the laws, so the future is up to us.

Die Gesetze machen wir, also liegt die Zukunft in unserer Hand.