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Intel entwickelt 3D-Tri-Gate-Transistor für 22 nm-Fertigung (Update mit Videos)

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intel3Noch immer beschreibt Moore's Law einen Korridor in der Chipentwicklung. Alle 18 bis 24 Monate verdoppelt sich die Anzahl der Transistoren bei gleicher Fläche und schon vor Jahren wurden diesem Konzept das Ende prophezeit. Doch immer wieder können die Halbleiterhersteller und allen voran Intel eine Technologie vorweisen, die einen weiteren Zyklus erlaubt - und das obwohl bereits 32 nm vor Jahren für unmöglich gehalten wurden. Nun hat man den sogenannten 3D-Tri-Gate-Transistor entwickelt, der in der 22 nm Fertigung den bisher verwendeten planaren Transistor ablösen soll. Bereits 2002 präsentierte Intel diese Technologie, schafft es aber bereits jetzt in die Serienfertigung. Andere Hersteller werden erst mit weit kleineren Fertigungsgrößen einen 3D-Tri-Gate-Transistor einsetzen, die Rede ist von 14 nm und weniger, doch bereits jetzt bei 22 nm sieht Intel ein Potenzial für diese Art der Fertigung.

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“ Die Forscher und Entwickler bei Intel haben den Transistor neu erfunden, dieses Mal unter Einbeziehung der dritten Dimension,“ sagt Intel Präsident und CEO Paul Otellini. „Erstaunliche Geräte, die die Welt beeinflussen werden, sind durch diese Weiterentwicklung des Mooreschen Gesetzes in neue Bereiche hinein vorstellbar.“

Im Vergleich zu aktuellen zweidimensionalen 32 nm Transistoren benötigen die 22 nm 3D-Tri-Gate-Transistoren weniger Schaltstrom, stellen dabei aber bis zu 37 Prozent mehr Schaltgeschwindigkeit zur Verfügung. Dabei steht neben der höheren Performance natürlich auch der geringere Stromverbrauch eine entscheidende Rolle. Auch in anderen Anwendungsgebieten zeichnen sich die neuen Transistoren dadurch aus, dass sich bei gleicher Rechenleistung im Vergleich zu 32nm 2D-Transistoren der Strombedarf halbiert.

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“Die Leistungssteigerung und Energieersparnis der 3D-Transistoren sind nicht vergleichbar mit dem, was wir bisher gesehen haben,” sagt Mark Bohr, Intel Senior Fellow. “Dieser Durchbruch ist viel mehr als eine Fortschreibung des Mooreschen Gesetzes. Die Vorteile, die wir bei geringerer Kernspannung sehen, übertreffen bei weitem das, was wir normalerweise sehen, wenn wir eine neue Prozessgeneration einführen. Produktdesiger können damit existierende Geräte intelligenter machen und ganz neue Geräte werden dadurch möglich. Ich glaube, dass dieser Meilenstein die Technologieführerschaft von Intel in der Halbleiterbranche noch weiter ausbaut.”

Das traditionelle „flache“ zwei-dimensionale Gate wird durch einen dünnen drei-dimensionalen “Grat” ersetzt, der sich vertikal vom Siliziumsubstrat erhebt. Das Gate der 2D-Planar-Transistoren wird also in die dritte Dimension erweitert und umschließt auch auf den beiden Seiten diesen Grat, was eine bessere Kontrolle des Stromflusses ermöglicht. Der Strom fliesst so besser, wenn der Transistor eingeschaltet ist (für mehr Rechenleistung) und es gibt weniger Verluste, wenn der Transistor ausgeschaltet ist (um Energie zu sparen). Durch den sehr dünnen Grat kann der Transistor schneller als bisher zwischen diesen beiden Zuständen wechseln (wieder für mehr Rechenleistung). Da diese Grate senkrecht in die Höhe zeigen, können die Transistoren enger zusammengefügt werden, was ein wichtiger Punkt für die weitere Einhaltung des Mooreschen Gesetzes ist, da eine höhere Transistor-Dichte erreicht wird. Für die kommenden Generationen haben Entwickler auch die Möglichkeit, die Höhe der Grate zu steigern und damit noch höhere Rechenleistung und Energieersparnis zu ermöglichen.

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Gestern hat Intel den ersten Mikroprozessor auf 22 nm Strukturgröße vorgeführt. Der Prozessor mit dem Codenamen Ivy Bridge arbeitete in einem Notebook, einem Server und einem Desktop-PC. Die Intel Core Prozessoren, basierend auf Ivy Bridge, werden die ersten Chips sein, die 3D-Tri-Gate-Transistoren verwendeen und die für die Massenproduktion zum Ende diesen Jahres vorgesehen sind. Zukünftig soll aber auch die Atom-Serie von der neuen Fertigung profitieren.

Weitere Bilder aus der Präsentation findet ihr in folgender Galerie:

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