Intel: 22 nm mit 3-D Transistoren

Erste Demos von Ivy Bridge 22-nm-CPUs mit Tri-Gate Transistoren

Intel hat heute erstmals Prozessoren der kommenden Generation (Codename: Ivy Bridge) demonstriert. Diese werden bereits in 22- statt der aktuell üblichen 32-Nanometer-Technologie gefertigt und hier liegt auch der Grund für die heutige Präsentation. Intel wechselt nämlich nicht einfach nur den Produktionsprozess, sondern führt gleichzeitig eine neue Art von Transistoren ein. Zum ersten Mal überhaupt in der Chipindustrie kommen 3-D bzw. Tri-Gate Transistoren – wie Intel sie nennt – in der Massenfertigung zum Einsatz.

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Statt der gewohnten flachen Bauweise gibt es nun einen hervorstehenden Grat, wobei das Gate, das für ‚An‘ und ‚Aus‘ bzw. Stromfluss oder kein Stromfluss sorgt, diesen Grat komplett umschließt. Das soll für eine bessere Kontrolle sorgen. Intel erklärt dies folgendermaßen: „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).“
Ein weiterer Vorteil ist die dadurch mögliche höhere Transistordichte auf einem Chip, d.h. pro mm² können mehr Transistoren untergebracht werden. Laut Intel kann deshalb ein neuer 22-nm-Chip 50 Prozent mehr Transistoren besitzen als ein 32-nm-Chip gleicher Größe.
Außerdem schalten die Tri-Gate Transistoren deutlich schneller bei gleicher Stromaufnahme bzw. verbrauchen sehr viel weniger Strom bei gleicher Performance. Nach Untersuchungen von Intel liegt die Stromersparnis bei über 50 %, wenn man sie mit einem 2-D Transistor aus der 32-nm-Produktion vergleich. Auf der anderen Seite sind die 3-D Transistoren bei niedriger Spannung wie z.B. in 22-nm-Mobil-Prozessoren 37 % schneller als in vergleichbaren 32-nm-CPUs. Vergleicht man nur den Fertigungsprozess, würde man also 22-nm-Transistoren mit der herkömmlichen planaren Technik verwenden, läge der Leistungszuwachs laut Intel unter 20 %.

3-D Transistoren sind nicht neu. Intel hat diese zum ersten Mal schon im Jahre 2002 gezeigt und auch andere Hersteller arbeiten daran. Allerdings ist Intel das erste Unternehmen, dass diese Technik in die Massenfertigung bringt. Laut Intel werden andere Hersteller die 3-D Transistoren erst mit der 14-nm-Fertigung einführen. Für noch feinere Produktionstechniken (unter 14 nm) wird man weitere Innovationen neben Tri-Gate Transistoren benötigen, erklärte Intel auf Nachfrage.

Aktuell werden fünf Chip-Fabriken von Intel nach und nach auf die 22-nm-Technik mit Tri-Gate Transistoren umgestellt. Dies soll 2012 abgeschlossen sein. Die Produktion beginnt noch dieses Jahr, so dass mit den Ivy Bridge Prozessoren wie erwartet Anfang nächsten Jahres gerechnet werden kann.
Auch CPUs für mobile oder besonders kompakte Geräte (wie z.B. aus der Atom Serie) werden auf 22 Nanometer umgestellt, allerdings etwas später, wie Intel zugab.

Das folgende Video zeigt die Ivy Bridge 22-nm-Prozessoren mit Tri-Gate Transistoren erstmals im Einsatz – in Notebook, Server und Gaming-PC.

Detailansicht der unterschiedlichen Transistoren
Planar und Tri-Gate Transistor im Vergleich
Tick-Tock-Modell von Intel
Roadmap für mobile Geräte und Unterhaltungselektronik
Chip-Fabriken in der Umstellung

Quelle: Eigene

Frank Schräer

Herausgeber, Chefredakteur und Webmaster

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