Nanotechnologie in der Computerbranche

Die Nanotechnolgie erobert sämtliche Lebensbereiche, ob in der wissenschaftlichen Forschung oder in den Produktentwicklungsabteilungen zahlreicher Unternehmen. Industrie, Wissenschaft und vor allem auch die Verbraucher versprechen sich durch den Einsatz von Nanomaterialien verbesserte Produkteigenschaften, und gerade im Lebensmittel- oder Kosmetikbereich lassen sich Produkte mit dem Zusatz "Nano" teilweise deutlich besser verkaufen.

Die Branche allerdings, in der die Anwendung von Nanotechnologie schon lange zum Alltag gehört, ist die Computerindustrie. Hier ist der Schritt von der Nanowissenschaft zur Nanotechnologie zum größten Teil vollzogen. Dies verwundert kaum, wenn man bedenkt, dass die großen Visionen der Nanotechnologie im Wesentlichen den Konzepten ihres Vordenkers Eric Drexler entstammen. Sein Vorstellungen von "Nanomaschinen", deren Atome sich nach dem Willen ihrer Programmierer vervielfältigen und selbsttätig wieder zusammensetzen, oder etwa die Entwicklung winziger Roboter für den Einsatz im menschlichen Körper, beschäftigen noch heute die führenden Köpfe der Computerszene. Führend in der Entwicklung bahnbrechender Anwendungsmöglichkeiten der Nanotechnologie ist seit Jahren vor allem der Schweizer IBM-Konzern. Noch heute ist der Ende der 90er Jahre in 35 einzelnen Xenon-Atomen auf eine Nickel-Einkristall-Oberfläche „geschriebene“ Namenszug von IBM ein gern zitiertes Bildobjekt in der wissenschaftlichen Presse. Und immer noch kommen entscheidende Impulse und Fragestellungen in Bezug auf die Entwicklung immer schnellerer und leistungsfähigerer Computerchips von IBM. Zurzeit macht der Konzern aus Rüschlikon mit Prozessoren von sich reden, die serienreif ab 2009 in IBM-Computern eingesetzt werden sollen. Bei der Entwicklung haben sich die Schweizer Forscher von einem natürlichen Verfahren inspirieren lassen, das zum Beispiel dem Prozess zur Bildung von Muschelschalen oder Schneeflocken dient. Durch Billionen kleinster Löcher erzeugten die Ingenieure ein isolierendes Vakuum um die Kupferleitungen ihrer Chips - die elektrischen Signale und damit auch die Prozessoren sollen dadurch um bis zu 35 Prozent schneller werden. Auch an der Entwicklung molekularer Speichermedien wird bei IBM geforscht - erste Tests mit dieser neuen Technologie ergaben eine 50-mal höhere Speicherdichte als bei herkömmlichen Festplatten.

Aber nicht nur in der Schweiz wird an der Entwicklung immer weiter verbesserter Speichermöglichkeiten und damit immer schnellerer Rechenkapazitäten heftig geforscht und entwickelt. Zahlreiche namhafte Unternehmen der Computerbranche arbeiten an winzigen Speicherchips, die durch den Einsatz der Nanotechnologie eine enorm verbesserte Leistungsfähigkeit aufweisen. In Kalifornien entwickelten US-Forscher eine aus Silikon bestehende Kette, deren einzelne Glieder nur eine Größe von jeweils 50 Mikrometern haben. Die gesamte Kette ist somit kleiner als ein menschliches Haar. Auf Computerchips installiert, sollen diese Ketten Abläufe der Nanotechnologie steuern und damit immer größere Speicherkapazitäten ermöglichen.

Carver Mead, einer der Vordenker in der Entwicklung immer schnellerer und kleinerer Speichermedien, der im Silicon Valley schon lange als Guru des Chipdesigns gilt, sah zwar bereits vor 35 Jahren Grenzen in der fortschreitenden Miniaturisierung von Transistoren im Nano-Bereich, also im Bereich von Molekülen und Atomen. Doch seiner Meinung nach geht es im Computerbereich nicht nur allein darum, immer schnellere Transistoren zu entwickeln. Bereits in den 80-er Jahren war er maßgeblich an der Entwicklung von Chips beteiligt, die der Leitungsfunktion von natürlichen Nervenbahnen ähneln. Systeme nach dem Vorbild der Natur zu bauen, die effizienter und auch besser arbeiten als jeder herkömmliche Computer, dass ist sein erklärtes Ziel. Für diese biologisch inspirierten Schaltkreise wurde auf analoge Schaltungen zurückgegriffen, eine Technik, die die Funktionsweise des menschlichen Gehirns mit ihren elektrischen Impulsen imitiert. Die Grundlagenforschung nach dem Vorbild der Natur ist auch heute noch erklärtes Ziel am California Institute of Technology, wo mittlerweile Eric Winfree Carvers Nachfolger als Professor für Computertechnik ist. Aktuell wird dort versucht, das biologische Prinzip der Selbstorganisation für die Computertechnologie nutzbar zu machen. Mit der Möglichkeit, Materie auf atomarer Ebene zu manipulieren, werden nach Ansicht der kalifornischen Forscher bald einzelne Atome als Speichermedien dienen können.

Der schnellste Intel-Pentium-Chip trägt heute bereits etwa 55 Millionen Transistoren. Wenn das Tempo der Verkleinerung im Bereich des Chipdesigns sich nicht verlangsamt, so werden die Speicherchips von morgen schon etwa 64 Milliarden Transistoren beinhalten. Nach Carver Meads Vorstellungen wird die Quantenwelt des Nano-Kosmos für integrierte Schaltkreise etwa 2010 erreicht sein. Und überall auf der Welt wird an immer neuen und immer winzigeren Computerdesigns geforscht - der Hochleistungsrechner in Armbanduhrgröße ist somit keine allzuferne Utopie mehr.