Strukturgrößen 22nm
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Hintergrundinformation Warum Mikroprozessoren immer kleiner werden Mikroprozessoren werden immer schneller und günstiger. Doch wie schaffen es die Forscher und Entwickler bei Intel, immer höhere Rechenleistungen bei geringerem Energieverbrauch zu erzielen? Das Geheimnis liegt zum einen in der Mikroarchitektur der Prozessoren und zum anderen in den Strukturbreiten der Chips. Dank neuer Technologien können die Schaltelemente auf den Prozessoren, die Transistoren, immer kleiner gebaut werden. Diese Miniaturisierung ermöglicht es, immer mehr Transistoren auf engerem Raum unterzubringen. Die Größe der Bauteile wirkt sich direkt auf den Preis, die Geschwindigkeit, die Temperaturentwicklung und den Stromverbrauch eines Prozessors aus. Kleinere Transistoren sind günstiger in der Herstellung, schalten schneller, benötigen eine geringere Versorgungsspannung, erzeugen weniger Abwärme und haben einen niedrigeren Stromverbrauch. Die aktuellen Intel® Prozessoren in mobilen Computern und Desktop PCs bestehen aus unvorstellbar kleinen Strukturen, die gerade einmal 32 Nanometer messen. Ein Nanometer (nm) ist ein Milliardstel Meter – das entspricht einer Breite von ungefähr drei benachbarten Atomen in einem Stück Metall. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 90.000nm dick. Dieses Jahr bringt Intel seine neue Prozessorgeneration (Codename „Ivy Bridge“) mit Tri-GateTransistor und einer erneut verkleinerten Strukturbreite von 22nm auf den Markt. Damit werden Transistoren aus Silizium zum ersten Mal in der Geschichte dreidimensional. Der Stromfluß wird dabei auf drei Seiten des Kanals kontrolliert (oben, links und rechts) im Gegensatz zu bisherigen Planar-Transistoren, die nur von oben kontrolliert werden. Das Resultat ist eine wesentlich bessere Kontrolle über den Transistor, Erhöhung des Stromflusses (für mehr Rechenleistung), wenn der Transistor eingeschalten ist und weniger Verlust (geringere Leckströme), wenn der Transistor ausgeschalten ist. Die Gates eines 22nm Tri-Gate-Transistors sind so klein, dass über 4.000 von ihnen nebeneinander auf der Breite eines einzelnen menschlichen Haares Platz finden. Das Moore’sche Gesetz Wie rasant die Miniaturisierung der Transistoren auf einem Mikrochip vorangeschritten ist, zeigt ein Blick auf die Geschichte der Intel Prozessoren. Dieser Entwicklung liegt eine Gesetzmäßigkeit zugrunde, die Gordon Moore, einer der Intel-Gründer, bereits 1965 formuliert hat. Er sagte damals voraus, dass sich die Anzahl der Transistoren pro Fläche etwa alle 24 Monate verdoppeln würde. Dieser Leitsatz, mittlerweile als „Moore’sches Gesetz“ bekannt, hat bis heute Bestand. Die Verdoppelung der nutzbaren Oberfläche senkt die Fertigungskosten pro Chip jedes Mal um 30 Prozent. So kostet heute ein Transistor im Durchschnitt nicht mehr als ein gedruckter Buchstabe in der New York Times und aus den 2.300 Transistoren von Intels erstem Mikroprozessor 4004 im Jahr 1971 sind mittlerweile mehr als zwei Milliarden Transistoren beim Intel® Core™ i7-3960X Prozessor Extreme Edition geworden. Die Gültigkeit des Moore’schen Gesetzes bestätigt des Weiteren ein Blick auf Meilensteine der Intel Prozessorentwicklung seit 1999 bis hinein in die nahe Zukunft. Die Verkleinerung der Strukturbreiten auf dem Chip ermöglicht niedrigere Versorgungsspannungen und eine Kombination aus schnelleren und energieeffizienteren Transistoren. Die Einführung neuer Prozessorgenerationen erfolgte stets in einem Zyklus von zwei Jahren: 1999: 180nm, Intel® Pentium® 3 Prozessor mit 9,5 Millionen Transistoren 2001: 130nm, Intel® Pentium® 4 Prozessor mit 55 Millionen Transistoren 2003: 90nm, Intel® Pentium® 4 Prozessor mit 125 Millionen Transistoren 2005: 65nm, Intel® Core™2 Duo Prozessor mit 291 Millionen Transistoren 2007: 45nm, Intel® Core™ 2 Duo Prozessoren mit 410 Millionen Transistoren 2008: 45nm, Intel® Core™ i7 Prozessoren mit 731 Millionen Transistoren 2010: 32nm, Intel® Core™ i7 Extreme Prozessor mit 1,17 Milliarden Transistoren 2011: 32nm, Sandy Bridge, 2. Generation der Intel® Core™ Prozessoren mit mehr als zwei Milliarden Transistoren (Sechs Prozessorkerne beim Intel Core i7-3960X Prozessor Extreme Edition) 2012: 22nm, Ivy Bridge Intel (NASDAQ: INTC), das weltweit führende Unternehmen in der Halbleiterinnovation, entwickelt und produziert die grundlegende Technik für die Computerprodukte unserer Welt. Weitere Informationen über Intel finden Sie unter http://www.intel.de/newsroom und http://blogs.intel.com. Weitere Informationen für Journalisten: Thomas Kaminski Intel GmbH Telefon: +49-(0)89-99143-110 Telefax: +49-(0)89-99143-429 E-Mail: [email protected] © 2012 Intel Corporation. Alle Rechte vorbehalten. * Intel, Core und das Intel Logo sind Marken der Intel Corporation in den USA oder anderen Ländern. Andere Marken oder Produktnamen sind Eigentum der jeweiligen Inhaber.
