Vom großen Transistor zum superkleinen Chip

Am 23.12.1947 arbeiten drei Ingenieure bei Bell Labs in New Jersey: Bardeen, Brattain und Shockley.

Sie legen zwei kleine Stücke Gold auf ein dünnes Stück Germanium. Dann sehen sie etwas Besonderes: Das elektrische Signal kommt herein und geht fast 100-mal stärker wieder heraus.

Das Ding ist fast so groß wie ein Daumen. Es sieht mehr wie ein Spielzeug aus als wie eine große Erfindung. Sie nennen es Transistor.

Im Jahr 1956 bekommen die drei Männer den Nobelpreis für Physik.

79 Jahre später macht die Firma IBM den Transistor sehr, sehr klein: nur 0,7 Nanometer. Das sind 7 Angstrom. Das ist die Größe für Atome und Moleküle. Es ist so groß wie nur ein paar Silizium-Atome.

Auf einer Fläche so groß wie ein Fingernagel sind 100 Milliarden Transistoren.

Von 1947 bis 2026 wird der Transistor circa eine Million Mal kleiner. 0,7 Nanometer ist kleiner als ein Bakterium.

Eine verrückte Idee in der Technikgeschichte

Im Jahr 1965 schreibt ein Ingenieur von Fairchild Semiconductor einen Artikel für die Zeitschrift Electronics. Er heißt Gordon Moore.

Er sieht einen komischen Trend: Die Zahl der Transistoren auf einem Chip wird jedes Jahr doppelt so groß. Das ist so seit dem Anfang der Elektronik. Er denkt: Das geht noch mindestens 10 Jahre so weiter.

Zehn Jahre später, im Jahr 1975, sieht er neue Zahlen. Er ändert seine Idee: Die Zahl wird alle zwei Jahre doppelt so groß, nicht jedes Jahr.

Das klingt langsamer. Aber zweimal so viel alle 2 Jahre für 60 Jahre — das ist eine der verrücktesten Sachen in der Technikgeschichte.

Die Leute nennen es "Moore-Gesetz". Aber es ist kein Naturgesetz. Es ist mehr wie eine Prophezeiung, die wahr wird, weil alle daran glauben. Die Technik-Firmen glauben daran, deshalb investieren sie viel Geld. Deshalb wird es wahr.

In den nächsten 50 Jahren werden die Transistoren auf einem Chip fast alle zwei Jahre doppelt so viele — wie Moore sagt. Zuerst sind es nur ein paar Dutzend Transistoren auf den ersten Chips. Dann ein paar Millionen in den 1990er Jahren. Dann ein paar Milliarden im Jahr 2010. Und jetzt 100 Milliarden auf einem Fingernagel im Jahr 2026.

Ein Beispiel: Wenn Autos so schnell besser werden, dann fährt ein Auto heute Millionen Kilometer mit nur einem Liter Benzin. Und es kostet unter 1 Dollar.

Um das Jahr 2010 wird alles sehr schwierig. Der Transistor ist nur noch ein paar Dutzend Atome dick. Und die Quantenphysik macht Probleme.

Das Problem: Bei dieser kleinen Größe gehen die Elektronen nicht mehr brav den Weg der Ingenieure. Sie machen "Quantum Tunneling". Das heißt: Sie springen durch eine elektrische Wand, als ob die Wand nicht da ist. Der Transistor verliert Strom, der Chip wird heiß und braucht Strom ohne Nutzen. Deshalb ist der Strom im Chip schwer zu kontrollieren, obwohl der Chip nur so groß wie ein Fingernagel ist.

Die Chip-Ingenieure haben fast keine Ideen mehr für "kleiner in der Breite". Viele Leute sagen: Das Moore-Gesetz stirbt bald. Es gibt mehr Artikel über den Tod des Moore-Gesetzes als über sein Leben.

IBM und die Grenze der Physik auf Silizium

Am 25.6.2026 meldet IBM eine neue Forschungs-Technologie unter 1 nm. Das ist das erste Mal in der Geschichte der Menschen. Das passiert genau einen Tag, bevor Vietnam ein nationales Zentrum für Chip-Produktion startet.

Der neue Sub-1-nm-Chip von IBM hat fast 100 Milliarden Transistoren auf einem Chip so groß wie ein Fingernagel. Das ist fast doppelt so dicht wie der 2-nm-Chip von IBM aus dem Jahr 2021.

Das Geheimnis ist nicht kleiner in der Breite. Das Geheimnis ist: nach oben bauen. IBM macht nicht nur den Transistor in zwei Richtungen kleiner. IBM baut viele Schichten Transistoren übereinander, Schritt für Schritt in der Höhe. Das heißt "3D sequential integration". Und jede Schicht benutzt andere Materialien. So kann jede Schicht gute Leistung und wenig Strom haben. IBM nennt das "Nanostack".

Das ist technisch sehr schwer. Einfach gesagt: Die Ingenieure lernen von Bauarbeitern für Hochhäuser. Wenn kein Platz in der Breite mehr ist, dann baut man mehr Etagen.

Im Vergleich zum 2-nm-Chip sagt IBM: 50% mehr Leistung oder 70% weniger Strom.

Aber Achtung: Der Name "0,7 nm" ist nur Marketing. Er zeigt keine echte Größe auf dem Chip. Der echte Abstand zwischen den Transistoren bleibt schon lange bei circa 40 nm. Der Name zeigt nur die Generation der Technologie, kein Maß. Aber die Zahl 100 Milliarden Transistoren auf einem Fingernagel ist echt und sehr beeindruckend.

Wenn alles nach Plan geht, kommt die Technologie Anfang der 2030er Jahre in den Verkauf. Die japanische Firma Rapidus hat die IBM-Technologie gekauft. Sie testet jetzt 2-nm-Wafer in Hokkaido. Das Design soll Ende 2026 fertig sein. Und die Produktion soll im Jahr 2027 langsam größer werden.

Und hier ist eine persönliche Vermutung von dem Autor, aus dem, was er hört, liest und lernt.

Ist Silizium am Ende? Noch nicht ganz, aber fast. IBM denkt: Die Nanostack-Architektur hilft noch mindestens zehn Jahre. Das heißt: Um 2035-2036 kommt das normale Silizium wirklich an die physikalische Wand.

Nach der physikalischen Grenze kommt Quanten-Computing?

Was kommt nach dem Chip auf Silizium, wenn die Physik eine Grenze setzt? Vielleicht kein kleinerer Transistor mehr, sondern eine ganz andere Art zu rechnen — Quanten-Computing.

Normale Computer benutzen Bit. Jedes Bit ist 0 oder 1. Quanten-Computer benutzen Qubit. Ein Qubit kann 0 und 1 zur gleichen Zeit sein. Das heißt Superposition.

Aber das Problem jetzt: Qubit ist sehr empfindlich gegen Störungen. Es ist wie Fieber messen mit einem Thermometer, das schon durch jeden Atem anders zeigt. Dieses Problem heißt "Quanten-Fehler". Deshalb ist der Quanten-Computer noch im Labor, noch nicht im normalen Verkauf.

Aber im März 2026 meldet die Firma Quantinuum Rechnen mit 94 logischen Qubits. Die Information liegt auf vielen Qubits zusammen. So kann man Fehler finden und immer reparieren. Die Fehlerrate ist circa 1 Fehler auf 10.000 Rechnungen. Das ist viel besser als die normale Hardware.

IBM hat einen Plan mit Vogel-Namen: Loon (2025), Kookaburra (2026), Cockatoo (2027), und dann Starling — der letzte Vogel. Im Jahr 2029 soll Starling 100 Millionen einfache Quanten-Operationen auf 200 logischen Qubits machen. Und im Jahr 2033 soll Blue Jay kommen mit 1 Milliarde Gates auf 2.000 Qubits.

Deshalb denkt der Autor: Von 2030 bis 2035 zeigt Quanten-Computing einen echten Vorteil bei ein paar sehr speziellen Problemen — zum Beispiel Moleküle simulieren für Medizin und Logistik und Lieferketten besser planen.