Intels Ivy Bridge: 22-Nanometer-Transistoren werden dreidimensional (Update)
Bisher waren die Transistoren auf den meisten CPUs mehr oder weniger flach gebaut: Die Gates saßen neben dem, was funktional den eigentlichen Schalter darstellt. Schon seit Jahren gibt es deshalb vor allem im Labor Transistoren mit Finnen, bei denen der Schalter in die Höhe gebaut ist. Die Gates werden dabei über die Finnen gelegt, was FinFET(öffnet im neuen Fenster) genannt wird: Fin Field Effect Transistor.
Mit solchen FinFETs wird Intel auch seine für das Ende des Jahres 2011 erwarteten ersten 22-Nanometer-Prozessoren mit Ivy-Bridge-Architektur bauen. Dies gab Intels Halbleiterchef, Mark Bohr, auf einer Veranstaltung in San Francisco bekannt. Der Vorteil liegt nicht nur in weniger Platzbedarf auf dem Die.
Zwar lassen sich mit den Tri-Gate-Tranistoren mehr Funktionseinheiten oder Caches auf derselben Fläche unterbringen, aber ein Hauptgrund für die Entscheidung waren schnellere Schaltgeschwindigkeiten und Stromersparnisse, sagte Mark Bohr. Genaue Messwerte nannte der Ingenieur nicht, aber bei geringen Spannungen sollen die Tri-Gates 37 Prozent schneller schalten.
Noch wesentlicher sind die geringeren Leckströme, die vor allem bei Transistoren stören, die nicht ganz abgeschaltet werden können. Gegenüber Intels aktuellen 32-Nanometer-Transistoren sollen die Tri-Gates 50 Prozent geringere Leckströme aufweisen. Intel erhofft sich dadurch einen Vorteil bei mobilen Geräten. So sollen die Tri-Gates nicht nur in den Desktop- und Notebookversionen von Ivy-Bridge-CPUs zum Einsatz kommen, sondern auch in einer neuen Generation von Atomprozessoren.
Laut Mark Bohr arbeitete Intel zehn Jahre an den Tri-Gates, bis sie serienreif waren. Intel hatte die neue Bauform bereits 2002 vorgestellt und 2006 einen Zeitrahmen gesetzt : 2011 sollten die neuen FinFETs für die 22-Nanometer-Fertigung einsatzbereit sein.
Diese exakte Abfolge zeigt auch, wie genau Intel solche grundlegenden Veränderungen an seinen Halbleitern abstimmt. 2006 wurde mit den High-k-Metal-Gates (HKMG) der damals aktuellen Core-2-CPUs (Penryn) das Transistordesign das letzte Mal stark verändert. Um Moore's Law aufrechtzuerhalten, ist also spätestens in fünf Jahren eine neue Bauform der Transistoren nötig.
Nachtrag vom 5. Mai 2011, 0:00 Uhr
Wie Mark Bohr auf Nachfragen erklärte, soll sich mit den Tri-Gates die Zahl der Transistoren im 22-Nanometer-Prozess gegenüber der 32-Nanometer-Fertigung in etwa verdoppeln lassen. Das würde einer nahtlosen Fortschreibung von Moore's Law entsprechen.
Der Ingenieur sagte aber weiter, dass sich Intel die beiden Vorteile von entweder höherer Schaltgeschwindigkeit oder kleinerer Leistungsaufnahme auf verschiedene Arten zunutze machen will. Je nach dem Zweck eines einzelnen Transistors könne entweder das eine oder andere bevorzugt werden.
Denkbar ist also, dass Intel die Recheneinheiten der Ivy-Bridge-Prozessoren mit höheren Taktfrequenzen versieht und umgekehrt die Caches sparsamer macht. Rund 0,2 Volt weniger als flache 32-Nanometer-Transistoren sollen die Tri-Gates benötigen. Bei gleichbleibender Leistungsaufnahme der gesamten CPU ergäbe sich so eine größere Rechenleistung. In diese Richtung geht auch eine Vermutung von Semiaccurate(öffnet im neuen Fenster) , das von stark vergrößerten Caches für Ivy Bridge ausgeht.
Da Sandy Bridge , alias Core-i-2000, in Intels Tick-Tock-Strategie(öffnet im neuen Fenster) eine neue Architektur bedeutete, sind große funktionale Änderungen mit Ivy Bridge ohnehin nicht zu erwarten. Noch ist aber nicht ausgeschlossen, dass neben größeren Caches auch die Taktfrequenzen nach langem Stillstand wieder deutlich steigen.
Weitere Details, insbesondere zur Fertigungstechnik selbst, wollte Intel noch nicht verraten. So bleibt vorerst ungeklärt, aus welchen Materialien etwa das Dielektrikum gebaut ist. Lediglich, dass die Gates weiterhin aus Metall gebaut werden, gab das Unternehmen noch preis.
Dass Intel die Tri-Gates oder 3D-Transistoren nicht mit dem lange üblichen Begriff der FinFETs bezeichnet, erklärte der Chiphersteller auf einer Veranstaltung in München mit einer Abgrenzung vom Wettbewerb. IBM, und auch deren Technologiepartner AMD, nennen die dreidimensionalen Transistoren immerhin schon seit fast zehn Jahren FinFETs.