Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/air-gaps-intel-laesst-bei-broadwell-die-luft-raus-1411-110715.html    Veröffentlicht: 21.11.2014 11:53    Kurz-URL: https://glm.io/110715

Air Gaps

Intel lässt bei Broadwell die Luft raus

In Intels aktueller CPU-Generation Broadwell, bisher nur als Core M verfügbar, steckt an manchen Stellen - nichts. Luft zwischen den Verbindungen der Layer sorgt für bessere Isolation. Dies hat Intel nun bestätigt, und auch, dass am 14-Nanometer-Prozess eigentlich nichts 14 Nanometer breit ist.

In einem ausführlichen Vortrag auf Intels jährlicher Anlegertagung hat William Holt, Leiter der Halbleiterfertigung, neue Details zur 14-Nanometer-Technik bestätigt. Unter dem Namen "Advancing Moores Law" bemühte sich der Ingenieur, das angekratzte Vertrauen in Intels Vorsprung bei der Chipfertigung wieder zu festigen. Broadwell, der laut Intels Tick-Tock-Strategie eigentlich spätestens Mitte 2014 verfügbar sein sollte, erscheint erst jetzt, Ende 2014.

Holt erklärte anhand etlicher Diagramme, dass die Ausbeute an funktionsfähigen Chips (yield) noch im ersten Quartal 2014 unter dem lag, was Intel als geeignet für die Serienfertigung betrachtet. Drei Monate später war dieser Wert aber erreicht, auch jetzt liegt er aber immer noch unter den Daten für die 22-Nanomter-Chips mit Codenamen Haswell. Das, so Holt, sei aber nicht verwunderlich: "Mit 22 Nanometern haben wir die höchste Ausbeute aller Zeiten".

Ein neues Detail zur Konstruktion von Broadwell hatte Intels Halbleiterchef auch noch parat, und zwar die "Air Gaps". Wenn in der Chipbranche dieser Begriff fällt, ist gerade nicht das bei Security-Forschern zunehmend beliebte Überwinden der Luft als Angriffsvektor auf nicht verbundene Systeme gemeint, sondern das Gegenteil. Mit Luft in den Chips soll die Kontaktaufnahme von Leiterbahnen verhindert, nicht ermöglicht werden.

Das ist nun nötig geworden, weil die Metallverbindungen zwischen den Schichten eines Chips - Broadwell besteht aus 13 dieser Layer - immer näher aneinandergerückt sind. Die Interconnects sind nun nur noch 52 Nanometer voneinander entfernt, bei Haswell waren es noch 80 Nanometer. Das Material zwischen den Verbindungen, bisher typischerweise Glas, kann bei diesen Abständen keine vollständige Isolierung mehr bieten. Daher hat sich Intel für die Air Gaps entschieden, denn Luft - oder besser noch, ein Vakuum - ist das effizienteste und billigste Dielektrikum. Das gefürchtete Tunneln von einzelnen Elektronen durch das Material kann damit unterbunden werden. Die Konstruktion wird mit Luft oder einem Vakuum Air Gap genannt, wie Intel Golem.de sagte, befindet sich in Broadwell an den entsprechenden Stellen Luft.

Die Air Gaps sind bei anderen Herstellern schon lange üblich, IBM beispielsweise setzt sie seit seiner 32-Nanometer-Generation der Power-Prozessoren ein. Von IBM stammt auch ein 2006 angemeldetes Patent dazu; ob Intel es lizenziert hat, ist nicht bekannt. Bereits früher hatte sich Intel aber zu Air Gaps geäußert, der Chiphersteller arbeitet also schon länger daran. Wie bei manchen anderen Kniffen in der Halbleiterfertigung, beispielsweise den von AMD früher als bei Intel genutzten Kupfer-Interconnects, hat Intel offenbar die Technik dafür schon länger besessen und sie erst dann eingesetzt, als sie wirklich nötig war.

Keine 14-Nanometer-Struktur in Broadwell

Die Air Gaps erhöhen nicht nur die Zuverlässigkeit der Verbindungen, sie dienen auch zum Stromsparen, wie William Holt sagte. Der Großteil des Energiebedarfs von modernen Prozessoren, so Holt, ist inzwischen auf den Transport von Daten innerhalb eines Chips zurückzuführen. Bei besserer Isolation sind weniger Spannung und Stromstärke nötig, um die Signale sicher ankommen zu lassen. Wohl auch deshalb ist Broadwell so effizient: Gegenüber Haswell, so sagte Holt, sei die Performance pro Watt doppelt so hoch.

Dass viele Verbindungen problematisch sind, musste auch Nvidia lernen, das sich bei den Fermi-GPUs mit einem komplizierten "Fabric" verkalkuliert hatte: In einem Interview erklärte Nvidia-Chef Jen-Hsun Huang 2010, dass diese Verbindungen anfangs überhaupt nicht funktionierten. Auch die dann marktreifen Fermis wiesen eine extreme Leistungsaufnahme auf - das dürfte die Schuld der Interconnects gewesen sein.

William Holt bestätigte in seinem Vortrag die Air Gaps erstmals für ein Intel-Produkt. Dass sie vorhanden sein müssen, hatte zuvor schon Chipworks nach einer ersten Analyse von Broadwell vermutet, sie aber erst etwas später nachweisen können. Mit einem längst offenen Geheimnis der Halbleiterbranche räumte Holt dann auch noch auf: "Da ist wirklich nichts dran, was 14 Nanometer groß ist", sagte er über Broadwell, obwohl auch Intel die Chips als 14-Nanomter-Generation bezeichnet.

Damit ist jedoch schon lange nicht die tatsächliche Strukturbreite gemeint, sondern nur die Verdopplung der Transistordichte, oder: Auf der Hälfte der Fläche lassen sich von Generation zu Generation gleich viele Elemente unterbringen. Die Strukturbreite, so Holt, ist inzwischen "ein Verkaufsargument". Etwas freier übersetzt könnte man seine Originalaussage "sales pitch" auch als Marketingargument bezeichnen.

Wohin man auch schaut, so zeigte Holt in einer Tabelle: Nichts mit 14 Nanometern lässt sich in Broadwell finden. Die Abstände zwischen den Gates der Transistoren sind 70 Nanometer breit, und sogar zwischen den Finnen eines Transistors befinden sich immer noch 42 Nanometer. Insgesamt haben sich die Strukturen aber, egal welches Maß man betrachtet, von Haswell zu Broadwell mindestens halbiert.

Bei diesen FinFETs, Intel nennt sie Tri-Gate, will der Chiphersteller auch mindestens bei 10 Nanometern bleiben, die - sofern Tick-Tock weiter eingehalten wird - für 2016 vorgesehen sind. Welchen nächsten großen Durchbruch nach den High-k-Metal-Gates und den FinFETs Intel noch plant, verriet Holt natürlich nicht. Bei diesen Techniken, so zeigte der Intel-Manager, war sein Unternehmen stets drei Jahre vor der Konkurrenz marktreif. Zudem, so Holt, sei die Dichte der Strukturen auch bei als gleich groß bezeichneter Strukturbreite bei Intel stets höher gewesen.

Wie schon in unserer Analyse "Totgesagte schrumpfen länger" beschrieben, ist also die Strukturbreite allein kein vernünftiges Maß mehr, um die Fortschritte der Halbleiterintegration zu bewerten. Moores Law scheint noch mindestens zwei Generationen zu leben, denn nach den 14-Nanometer-Broadwells arbeitet Intel schon an 10 und dann 7 Nanometern - auch dabei werden sich aber Strukturen mit dieser Breite wohl kaum finden lassen.

Nachtrag vom 24. November 2014, 11:35 Uhr

Wie Intel Golem.de nach Erscheinen dieser Meldung sagte, ist in den Air Gaps tatsächlich Luft enthalten, und nicht ein Vakuum. Der Artikel wurde an zwei Stellen dementsprechend geändert.  (nie)


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