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Fertigungstechnik: Das Nanometer-Marketing

Egal ob Notebook oder Smartphone: Die Hersteller werben gerne mit modernen Fertigungsprozessen von Intel, Globalfoundries, Samsung oder TSMC für die verbauten Chips. Ein genauerer Blick zeigt aber, dass 10 nm nicht gleich 10 nm sind und dass 11 nm und 16 nm recht weit auseinander liegen können.

Artikel von veröffentlicht am
Samsungs 14LPE
Samsungs 14LPE (Bild: Tech Insights)

Das hat Huawei sich nicht nehmen lassen: Noch vor der Präsentation des Mate 10 gab der Hersteller bekannt, dass dessen Kirin-970-Prozessor im 10-nm-Verfahren produziert wird, als Fertiger fungiert die TSMC. Die Taiwan Semiconductor Manufacturing Company ist zwar der größte Halbleiterfertiger der Welt, die Rolle des technisch führenden Produzenten aber beansprucht Intel für sich. Wir haben das Nanometer-Marketing hinterfragt: Wie unterscheiden sich die Prozesse und welche Ergebnisse lassen sich erzielen?

Inhalt:
  1. Fertigungstechnik: Das Nanometer-Marketing
  2. Drei Jahre Vorsprung für Intel
  3. Einblicke per Dual-Sourcing

Zuerst einmal gilt es zu klären, was 10 nm bedeutet - nämlich mitnichten, dass ein Großteil der Strukturen eines Chips entsprechend kompakt wäre. Im Gegenteil haben heutige Fertigungstechniken physisch mit ihren Bezeichnungen praktisch nichts mehr zu tun, es handelt sich dabei um reines Marketing. Denn so wie noch vor gut einer Dekade höhere Gigahertz-Werte mit einer vermeintlich höheren Rechengeschwindigkeit gleichgesetzt wurden, suggerieren niedrige Nanometer-Angaben effizientere und schnellere Chips.

Noch vor gut zehn Jahren gab es sogenannte Nodes, also unterschiedliche Strukturbreiten, die nahe an ihren Bezeichnungen lagen. Die International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) gab die Schritte vor, bei denen zwischen Full-Nodes und Half-Nodes unterschieden wurde. Bei einem Full-Node, etwa von 45 nm auf 32 nm, halbiert sich die Chipfläche grob. Beim Wechsel zu einem Half-Node wie 28 nm skaliert die Größe deutlich weniger, allerdings sind die Kosten für Kunden auch geringer. Bis heute ist die Die-Size ein sehr wichtiger Faktor, da sie entscheidet, wie viele Chips auf einen Wafer passen - üblich sind Siliziumscheiben mit 300 mm Durchmesser.

  • Aktueller Stand sind 10 nm. (Bild: Intel)
  • Mit jedem Node steigt die Transistordichte. (Bild: Intel)
  • Intel sieht sich drei Jahre vor der Konkurrenz. (Bild: Intel)
  • Technische Daten zu 10FF (Bild: Intel)
  • Der A9 von Samsung ist kleiner als der A9 von TSMC. (Bild: Tech Insights)
  • Apples A11 Bionic (Bild: Tech Insights)
  • Apples A11 Bionic (Bild: Tech Insights)
Aktueller Stand sind 10 nm. (Bild: Intel)

Weitere Faktoren bei der Fertigung sind die Komplexität eines Prozesses aufseiten der Transistoren, deren Verschaltung sowie die Anzahl der Belichtungsschritte und generell die Lithographie. Die Frage nach dem besten Hersteller ist somit auch eine Frage nach dem Design, denn Chips werden an ein Verfahren angepasst und nicht umgekehrt. Intel und Samsung nehmen eine Sonderrolle ein, da sie ihre Prozessoren selbst entwickeln und in den eigenen Fabs (kurz für Semiconductor Fabrication Plants) fertigen. Solche Halbleiterwerke kosten Unsummen, etwa Samsungs neue Fab für 3D-NAND-Flash-Speicher in Pyeongtaek: enorme 26 Milliarden US-Dollar.

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Die Kosten sind so hoch, dass Intel mittlerweile dazu übergangen ist, die Kapazitäten anderen Herstellern zur Verfügung zu stellen.

Drei Jahre Vorsprung für Intel 
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Peter Später 04. Okt 2017

Na klar, aber das meinte ich doch auch. 7.1 Millarde Transistoren, auf dem kleinen Platz.

melaw 04. Okt 2017

Es wird schon bei 70nm haarig. Zu viel Ausschuss möchte man ja auch nicht produzieren...

melaw 04. Okt 2017

Man möchte dem Moorschen Gesetz der Verdoppelung der Packungsdichte folgen, um sich nicht...

cicero 01. Okt 2017

Irgendwie drängt sich mir der Eindruck auf dass ein solch anspruchsvolles Thema hier...

Nocta 29. Sep 2017

Dann sollte im Artikel auch "Bei einem Full-Node, etwa 65 nm, 45nm oder 32 nm, halbiert...


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