Forschungsprozessoren in 3D-Bauweise erreichen 1,4 GHz

US-Wissenschaftler vernetzen mehrere Chips dreidimensional. Um immer mehr Rechenleistung auf kleinerem Raum unterzubringen, wird schon seit Jahren die dreidimensionale Konstruktion von Prozessoren erforscht. In den USA soll es nun gelungen sein, dabei erstmals Taktfrequenzen von deutlich über 1 Gigahertz zu erreichen.

16. September 2008 um 12:10 Uhr / Nico Ernst

Die 3D-Bauweise eines Prozessors unterscheidet sich deutlich von längst kommerziell verfügbaren Stacked-Chips. In der Stacked-Bauweise werden nur einzelne Busse direkt durchkontaktiert und so beispielsweise ein Speicherbaustein an eine CPU angebunden. Auch moderne Prozessoren bestehen schon aus mehreren Lagen, die aber nur Leitungen für Signale und Stromversorgung enthalten. Die Funktionseinheiten liegen alle auf einer Ebene.

An der Universität von Rochester im US-Bundesstaat New York beschäftigt sich ein Team um den Professor Eby Friedman und den Studenten Vasilis Pavlidis bereits seit längerem mit komplexen Bus-Systemen, die mehrere Dies miteinander verbinden sollen. Laut Pavlidis früheren Veröffentlichungen handelt es sich dabei um eine Gitterstruktur, wie sie beispielsweise Intel bei seinem Forschungschip Polaris mit seinen 80 Kernen bereits in einer Ebene verwendet hat.

Der Chip aus Rochester, den die Forscher als "Prozessor" bezeichnen, verfügt aber über mehrere dieser Gitterstrukturen, die an den Seiten und auch durch den Chip die verschiedenen Siliziumlagen verbinden. Was Intel bisher flach gebaut hat, wollen die Wissenschaftler in mehrfacher Ausführung auch hochkant integriert haben.

Was der Chip berechnen kann, gaben die US-Forscher noch nicht an. Damit ist nicht klar, ob es sich um eine vollwertige CPU oder wie bei Intels Polaris nur um mehrere einfache FPU-Kerne handelt. Der 3D-Prozessor soll jedoch bereits einen Takt von 1,4 GHz erreicht haben.

Die Wissenschaftler versprechen sich von der neuen Bauform eine noch höhere Integration von Funktionseinheiten in einem Chip-Package und damit weiter steigende Rechenleistungen. Trotz immer weiter verkleinerter Strukturbreite bei Prozessoren – derzeit bis 45 Nanometern in Serienfertigung – wird der "Die-Space" zunehmend zum Problem. So braucht Intel für seinen 6-Kern-Xeon der Serie 7400 über 500 Quadratmillimeter Chipfläche, und auch Nvidia stößt mit dem GT-200 bei 576 Quadratmillimetern an die Grenze dessen, was noch wirtschaftlich herzustellen ist.