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14.06.2006

Das Moore’sche Gesetz bleibt gültig

Herkömmliche flache Transistoren lassen sich kaum mehr verkleinern. Durch dreidimensionale so genannte Tri-Gate-Transistoren will Intel den Weg für künftige Prozessorengenerationen und für den Fortbestand seiner Führungsrolle im Chipmarkt ebnen.

Von Klaus Hauptfleisch

Bereits 2002 hat Intel in einem Forschungslabor als Antwort auf die von AMD und IBM entwickelten Fin-Fet-Double-Gate-Transistoren die ersten dreidimensional aufgebauten Tri-Gate-Transistoren mit drei statt einem oder zwei Gates vorgestellt. Vertikale oder dreidimensionale Transistoren erlauben den Vorstoß in den Bereich der Nanotechnologie mit deutlich kleineren Strukturen und höheren Prozessorleistungen bei geringerem Strom, als mit planaren Transistoren heute denkbar wäre.

Durch zwei weitere Halbleitertechnologien - High-k-Dielektrika (Hochleistungsisolatoren) und gestrecktes Silizium - will Intel die Transistoreneigenschaften nun derart verbessert haben, dass das Moore’sche Gesetz noch bis ins nächste Jahrzehnt seine Gültigkeit behält. 1965 hatte Gordon Moore die These aufgestellt, dass sich die Prozessorenleistung alle zwei Jahre in etwa verdoppeln wird, ein Gesetz, das bis vor kurzem noch auf der Kippe zu stehen drohte.

Bei herkömmlichen flachen Transistoren stößt man langsam in einen atomaren Bereich vor, der kaum noch eine Verkleinerung zulässt. Denn ab der Schwelle von weniger als 100 Nanometern besteht bei planaren Transistoren die Gefahr, dass Bits und Bytes überspringen, was zu Datenverlust führt. Aber mittlerweile lassen sich die ehemals flachen Transistoren dreidimensional aufbauen. Das Ergebnis ist eine relativ stabil steigerbare Leistung bei deutlich geringerem Stromverbrauch.

Mit Blick auf 45 Nanometer entwickelt, gleichen Intels Tri-Gate-Transistoren einem Plateau mit einer flachen Ebene oben und zwei steil abfallenden Flächen an den Seiten. Somit fließen die elektrischen Signale nicht nur entlang der Ebene oben, sondern auch entlang der beiden Vertikalen. Durch das dritte Gate oben lässt sich der Stromfluss besser steuern, als es bei Ein- oder Zwei-Gate-Transistoren möglich ist. Das wiederum gibt Luft, auf bisher nicht denk- bare extrem kleine Strukturebenen herunterzugehen.

Im Zusammenspiel mit den Dielektrika und dem gestreckten Silizium sollen die Tri-Gate-Transistoren folgende Eigenschaften haben: Die Schaltleistung wird um 35 Prozent reduziert, der Steuerstrom um 45 Prozent erhöht. Damit beschleunigen sich laut Intel die Einschaltvorgänge, und die Taktfrequenzen erhöhen sich. Auch im ausgeschalteten Zustand fließen immer Ströme. Die will Intel aber um den Faktor 50 reduziert haben, womit auch ein geringerer Stromverbrauch einhergeht.