Neue Bauformen und Materialien

Neben CPUs, GPUs und SoCs galt Moore's Law bisher auch für alle anderen Halbleiter, beispielsweise die durch Mobilgeräte und SSDs immer wichtiger gewordenen Flash-Speicher. Auch hier zeichnet sich aber eine Verlängerung der Zeiträume bis zum nächsten Shrink ab, was die Hersteller durch andere Kniffe abmildern.

So hat beispielsweise Samsung erst 2014 die Fertigung von V-NAND aufgenommen, auch 3D-NAND genannt. Bis zu 32 Schichten von Speicherzellen werden dabei in einem Die übereinandergestapelt, was in der Fertigung noch viel höhere Kapazitäten als bei den schon lange üblichen Chipstapeln aus mehreren Dies ermöglicht. Dadurch kann das Unternehmen bei gleichbleibender Strukturbreite mehr Speicher pro Fläche anbieten und letztendlich die Kosten pro Gigabyte doch senken. Für Flash-Speicher ist das wirtschaftlich gesehen wichtiger als immer dem nächsten Shrink hinterherzujagen.

Neben den FinFETs, die sich nach und nach bei den Prozessoren durchsetzen dürften, wartet die Halbleiterbranche aber noch immer auf den nächsten Durchbruch bei der Bauform der schnell schaltenden Transistoren, die für CPUs und GPUs wichtig sind. Die letzte große Änderung gab es hier 2007 von Intel mit dem sogenannten High-k Metal Gate (HKMG). Dabei wird der eigentliche Schalter des Transistors, das Gate, zu einem Teil aus Metall hergestellt. Zudem gibt es mit Materialien wie Hafnium seitdem bessere Isolatoren gegen Leckströme. Dies war zuvor eines der größten Probleme bei schnellen Chips.

Mit HKMG werden seitdem fast alle modernen Bausteine hergestellt, und zwar bei allen Unternehmen. Die gleichzeitige Änderung der Bauform und der Materialien war der größte Umbau von integrierten Schaltungen seit ihrer Erfindung. Das Verfahren ermöglicht es auch, in der Produktion das Gate zuerst oder zuletzt zu formen, was den Prozess für mehr Leistung oder geringeren Energiebedarf flexibel anpassbar macht. Auch das führte zu der Diversifikation der Fertigung.

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Fab-X zeigt, wie mit 'More than Moore' Analogelektronik und Sensoren wachsen. (Bild: X-Fab)

Ein ähnlich innovatives Prinzip wie HKMG ist aber bisher nicht in Sicht, und das Unternehmen, von dem es kommen könnte, hält sich dazu noch äußerst bedeckt. Intel hat zwar schon angekündigt, dass im Zweijahresrhythmus die Strukturbreiten von 10 und 7 Nanometern erreicht werden sollen - und auch darüber hinaus habe man schon Ideen, erklärte Intel-Vize Renee James auf dem IDF 2014. Dabei sagte die Managerin auch: "Seit es das Gesetz gibt, wird Moore's Law alle zehn Jahre für tot erklärt". Welcher grundlegende Trick den Fortbestand der Regel aber vielleicht bis hin zu 5 Nanometern sichern soll, verriet sie nicht. Wenn dieser Shrink auch erreicht wird, gilt das Gesetz immerhin bis 2019.

Von weniger bekannten Unternehmen gibt es zudem schon seit Jahren das Prinzip von "More than Moore", das unter anderem die Firma X-Fab verfolgt. Dieser Hersteller integriert digitale Schaltungen unter anderem mit Analogelektronik, was auch Mixed-Signal-Processing heißt. Damit erhöht sich der Funktionsreichtum eines Chips bisher sogar schneller als die Transistordichte allein. Durch neue Techniken wie optische Verbindungen soll dieser Trend anhalten.