Neue Materialien begrenzen Wärmeentwicklung bei Transistoren
Intel will Terahertz-Chip ab 2007 in Serie herstellen

Intels Chipentwickler haben die Grundlagen für Prozessoren mit einer Leistung im Bereich von Terahertz gelegt. Sie setzen auf ein neues Transistor-Design mit kleineren Strukturen und neuem Isoliermaterial.

PALO ALTO. Intel hält in den nächsten Jahren eine neue Chip-Generation für realisierbar, die in den Geschwindigkeitsbereich "Terahertz" - über eine Billion Arbeitszyklen in der Sekunde - vorstößt. Aktuelle Mikroprozessoren liegen bei zwei Milliarden Arbeitszyklen. Diese Entwicklung ist nach Angaben von Intel durch Fortschritte bei der Struktur und Materialwahl von Transistoren in greifbare Nähe gerückt, wie der Halbleiterhersteller jetzt bekannt gab. Vor allem die leistungshemmende Wärmeentwicklung der Transistoren auf einem Chip könne man in den nächsten Jahren in den Griff bekommen.

Transistoren sind elektronische Schalter, die je nach Zustand Strom leiten oder als Isolator wirken. Wie alle Isolatoren haben sie aber die Eigenschaft, nicht vollständig zu isolieren, sondern immer einen kleinen Reststrom durchzulassen. Der unangenehme Nebeneffekt dieses so genannten Leckstroms ist eine Wärmeerzeugung - die Ursache für die heißen Chips, die nur mit Kühlkörpern oder Lüftern betrieben werden können.

Durch die neuen Materialien gelingt es laut Intel, Leckströme auch in Strukturbereichen zu vermeiden, die nur noch wenige Nanometer (ein milliardstel Meter) breit sind. Fachleute rechnen damit, dass bei der geplanten nächsten Generation mit etwa 15 Nanometer kleinen Transistoren gearbeitet werden kann. Derzeit liegen die vergleichbaren Strukturen bei etwa 70 Nanometern.

Intel folgt IBM

Intel hofft durch seine neue Technik, die zwei großen Probleme in der Chipfertigung - Energieverlust und Hitzeentwicklung - zu lösen. Im technischen Detail werden vor allem drei Verbesserungen in der Isolier-Technologie erzielt. So verwenden die Intel - Wissenschaftler ein Material names "High k Dialectric", das 10 000-mal effektiver sein soll als das bisher verwendete Silizium-Dioxid, um den Energieverlust zu minimieren. Daneben wurden die Elektroden auf dem Transistor verstärkt und die Isolierschicht auf dem Chip optimiert.

Nach einem Artikel im internationalen Fachblatt "Electronic Engineering Times" springt Intel damit auf eine Entwicklung auf, bei der IBM seit einigen Jahren als Pionier gilt. Intel geht mit seiner "full depleted"-Technologie (wörtlich voll entleert) bei der Halbleiterproduktion der Zukunft jedoch einen eigenen Weg, während IBM noch auf eine "partial depleted"-Technik (teilweise entleert) setzt. Nach Angaben des IBM-Wissenschaftlers Helmut Schettler aus Böblingen ist der Konzern jedoch bei kleiner werdenden Strukturen auch auf dem Weg zu "full depleted". Mit dem Begriff, für den es keinen deutschen Ausdruck gibt, wird beschrieben, wie sauber die spezielle Isolierschicht auf dem Chip ist.

Moores Gesetz bleibt bestehen

Diese jüngsten Innovationen sollen dazu führen, dass Intel im Jahr 2007 Mikrochips mit einer Milliarde Transistoren in Massenproduktion herstellen kann. Das sind 25-mal mehr Transistoren als auf dem jüngsten Pentium 4-Chip. Als Einsatzfelder für den "Terahertz"-Chip nennen Fachleute die Generierung von Stimmen und Gesichtern in Echtzeit sowie kleinere Rechner mit größerer Leistung und längerer Batteriedauer.

Sollten sich die Pläne des Unternehmens realisieren lassen, würde das eine Verlängerung des nach dem Intel-Mitgründer Gordon Moore genannten Gesetzes von 1960 mit sich bringen: Dies besagt, dass alle 18 bis 24 Monate die Anzahl der Transistoren auf einem Chip verdoppelt würde. Bisher hatte man damit gerechnet, dass dies ab etwa 2007 aus physikalischen Gründen nicht mehr möglich sei.

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