Die Jagd nach dem 15-Nanometer-Transistor

Die Halbleiterbranche hat einen neuen heiligen Gral. Bis 2009 sollen Transistoren mit 15 Nanometer Gate-Länge Schaltgeschwindigkeiten von mehreren Terahertz erreichen. Die Konzepte sind höchst unterschiedlich.

Was ist allen CPUs gemeinsam? Richtig, sie sind zu langsam. Um immer höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, unterliegen die Halbleiterhersteller dem Zwang zur Miniaturisierung. Dafür sorgt eine Reihe von Abhängigkeiten.

Das erste Paradigma ist die Kühlung. CPUs müssen, um die PC-Kosten im Rahmen zu halten, auch in Zukunft mit Luftkühlung auskommen. Der Takt lässt sich also nur steigern, wenn die Leistungsaufnahme gleich bleibt. Daher sind die Prozessor-Designer bemüht, die Spannung der CPUs ständig zu senken. Bei geringerer Spannung muss aber der Widerstand der Leiterbahnen kleiner werden, damit noch genügend Elektronen fließen.

Daneben sollen die Prozessoren auch immer mehr können, was neue Funktionseinheiten und größere Caches erfordert. Damit die CPUs trotz steigender Transistorzahl noch wirtschaftlich zu produzieren sind, müssen die Dies immer kleiner oder zumindest nicht größer werden. Ein Beispiel ist Intels Pentium 4. Der erste Core, Codename Willamette, kam im November 2000 mit 217 Quadratmillimetern Größe auf den Markt. Nach unbestätigten Informationen soll er im Januar 2001 durch den neuen Core, Codename Northwood, ersetzt werden. Northwood verfügt mit 512 KByte über doppelt so viel L2-Cache, ist aber mit 146 Quadratmillimetern deutlich kleiner. Möglich macht das ein Wechsel von 0,18-Mikron-Technologie zu 0,13 Mikron Strukturbreite.

Die gesamte Strukturbreite, und damit die Größe der Transistoren, ist also der entscheidende Faktor für schnellere Prozessoren. Dafür betreiben die Hersteller echte Grundlagenforschung, immer am Rande des technisch Machbaren.