Intel erfindet den Transistor mit einer 3D

Intel Corporation Italia S.p.A.
Milanofiori Palazzo E/4
20090 Assago (MI)
Intel erfindet den Transistor mit einer 3D-Struktur neu
Neue Transistoren für Chips mit 22 Nanometer Fertigungsgrösse kombinieren beispiellose
Energieersparnis und Rechenleistung
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Intel veröffentlicht einen Durchbruch in der Forschung und historische Innovation bei
Mikroprozessoren: die weltweit ersten 3D-Transistoren, die sogenannten Tri-GateTransistoren.
Mit dem Übergang zu den 3D-Tri-Gate-Transistoren wird das Tempo des
technologischen Fortschritts im Sinne des Mooreschen Gesetzes in den nächsten Jahren
eingehalten.
Eine noch nie dagewesene Kombination aus Rechenleistung und Energieersparnis
ermöglicht neue Innovationen über ein breites Gerätespektrum vom künftigen - auf 22nm
Prozesstechnologie basierten - kleinsten Handheld bis zum Cloud-basierten Server.
Intel führt den weltweit ersten Rechner mit einem 22nm Mikroprozessor (Codename: Ivy
Bridge) vor, der erste Chip, der mit 3D-Tri-Gate-Transistoren im Massenmarkt verfügbar
sein wird.
Zürich, 4. Mai 2011 – Intel hat heute einen bedeutenden Durchbruch in der Transistortechnologie bekannt gegeben. Das erste Mal seit deren Erfindung vor über 50 Jahren
werden Silizium-Transistoren aus einem revolutionären dreidimensionalen Aufbau
bestehen. Diese sogenannten Tri-Gate-Transistoren – das erste Mal im Jahr 2002 von Intel
gezeigt - werden in der Massenproduktion von Intel Chips mit einer Strukturgrösse von 22
Nanometer (nm) mit dem Codenamen Ivy Bridge zum Einsatz kommen. Ein Nanometer ist
der milliardste Teil eines Meters.
Transistoren sind die winzigen Bausteine moderner Elektronik. Die dreidimensionale Struktur
der Tri-Gate-Transistoren löst die bisherige zweidimensionale Planar-Bauform ab. Diese
Bausteine befinden sich nicht nur in allen Chips für Computer, Mobiltelefone und in der
Unterhaltungselektronik, sondern auch in Autos, Raumschiffen, Haushaltsgeräten, medizinischen
Geräten und vielen tausend anderen Geräten, die wir tagtäglich seit Jahrzehnten verwenden.
“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.“
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Forschungsingenieure waren sich schon lange der Vorteile einer 3D-Struktur bewusst, mit der es
möglich ist, das Mooresche Gesetz fortzuschreiben, obwohl die Dimensionen immer kleiner
werden und physikalische Gesetze die Grenze für die weitere Entwicklung darstellen. Der
Schlüssel in diesem Durchbruch liegt in der Fähigkeit von Intel, sein neuartiges Design der 3DTri-Gate-Transistoren in die Massenproduktion einzuführen und damit nicht nur für das
Mooresche Gesetz eine neue Ära einzuläuten, sondern auch die Tür zu einer neuen Generation
von Innovationen über ein breites Spektrum von Geräten zu öffnen.
Das Mooresche Gesetz ist eine Vorhersage der Weiterentwicklung in der Siliziumtechnologie,
die besagt, dass sich ungefähr alle zwei Jahre die Transistorendichte verdoppelt, währenddessen
die Funktionalität und Rechenleistung steigen, aber die Kosten fallen. In den letzten 40 Jahren ist
das Mooresche Gesetz zum grundlegenden Geschäftsmodell der Halbleiterindustrie geworden.
Bislang unerreichte Energieersparnis und Rechenleistung
Dank neuer Technologien können die Schaltelemente auf den Prozessoren, die Transistoren,
immer kleiner gebaut werden. 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. Chip Designer können Transistoren abhängig vom Anwendungsgebiet
entweder in Richtung Leistung oder in Richtung Stromverbrauch optimieren.
Im Vergleich zu aktuellen zweidimensionalen 32nm Transistoren benötigen die 22nm 3D-TriGate-Transistoren weniger Schaltstrom, stellen dabei aber bis zu 37 Prozent mehr
Schaltgeschwindigkeit zur Verfügung. Dieser Fortschritt bedeutet, dass Prozessoren mit 3D-TriGate-Transistoren für den Einsatz in kleinen tragbaren Geräten ideal geeignet sind, da diese mit
niedrigem Schaltstrom auskommen müssen. 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.
“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.”
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Fortführung des Tempos bei Innovationen – das Mooresche Gesetz
Transistoren werden kleiner, günstiger und energiesparender in Übereinstimmung mit dem
Mooreschen Gesetz – benannt nach dem Mitbegründer von Intel, Gordon Moore. Deswegen war
es Intel möglich, Innovation und Integration voranzutreiben, neue Funktionen und Rechenkerne
einzubauen, die Rechenleistung zu erhöhen und die Herstellungskosten pro Transistor zu
reduzieren.
Das Mooresche Gesetz einzuhalten wurde mit der 22nm Generation noch komplexer. Dies
bereits ahnend entwickelten Intels Forschungsingenieure den - wie sie ihn nannten - Tri-Gate
Transistor im Jahr 2002, in Anlehnung an die drei Seiten eines Gates. Nach einigen Jahren der
Entwicklung folgt mit dem heutigen Tag in einem fein abgestimmten Prozess zwischen
Forschung, Entwicklung und Herstellung die Einführung dieser Entwicklung in die
Massenherstellung.
Die 3D-Tri-Gate-Transistoren sind eine Neuerfindung des Transistors. Das traditionelle „flache“
zwei-dimensionale Gate wird durch einen unglaublich 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).
Genauso wie Architekten den verfügbaren Platz besser nutzen, in dem sie Hochhäuser bauen,
kann Intel die Transistordichte besser verwalten, was durch die Struktur der 3D-Tri-GateTransistoren ermöglicht wird.
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. Für die
kommenden Generationen haben Entwickler auch die Möglichkeit, die Höhe der Grate zu
steigern und damit noch höhere Rechenleistung und Energieersparnis zu ermöglichen.
„Über Jahre hinweg haben wir uns Grenzen gegenübergesehen, wie klein Transistoren werden
können“, sagte Moore. „Diese Änderung in der grundsätzlichen Struktur ist in der Tat ein
revolutionärer Ansatz und einer, der es sowohl dem Mooreschen Gesetz, als auch dem
historischen Innovationstempo ermöglicht, weiter zu bestehen.“
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Weltweit erste Demonstration von 3D-Tri-Gate-Transistoren auf 22nm
Der erste 3D-Tri-Gate-Transistor von Intel wird im nächsten Herstellungsprozess mit
22 nm Strukturgrösse realisiert. Sechs Millionen dieser Tri-Gate-Transistoren würden in dem
Punkt am Ende dieses Satzes Platz finden.
Heute hat Intel den ersten Mikroprozessor auf 22nm Strukturgrösse vorgeführt. Der Prozessor
mit dem Codenamen Ivy Bridge arbeitete in einem Notebook, einem Server und einem DesktopPC. Die Intel® Core™ Prozessoren, basierend auf Ivy Bridge, werden die ersten Chips sein, die
3D-Tri-Gate-Transistoren verwenden und die für die Massenproduktion zum Ende diesen Jahres
vorgesehen sind.
Dieser Meilenstein in der Siliziumtechnologie wird auch dazu beitragen, höher integrierte Intel®
Atom™ Prozessoren herzustellen, deren Rechenleistung, Funktionalität und
Softwarekompatibilität mit der Intel® Architektur skalierbar sind. Gleichzeitig erfüllen sie den
Anspruch einer ganzen Reihe von Marktsegmenten an Energiebedarf, Kosten und Grösse.
Über Intel
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.
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