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Trendreport für Halbleiter 3-D-Integration wird Strukturminiaturisierung nach Moore bis 2021 ablösen

| Autor: Sebastian Gerstl

Das Moore'sche Gesetz im klassischen Sinn ist bis spätestens 2021 tot. Zu diesem Ergebnis kommt die aktuelle Technology Roadmap der Semiconductor Industry Association SIA, die einen Ausblick der Entwicklung von Halbleitern bis ins Jahr 2030 wagt. Die klassische 2-D-Skalierung von Transistoren soll demnach innerhalb der nächsten sechs Jahre von neuen Integrationsprozessen abgelöst werden.

Wafer in Nahansicht: Die Tage, in die Transistorendichte allein durch die Skalierung ihrer Größe und Verkleinerung der planaren Abstände zueinander erreicht wird, sind laut der Semiconductor Industry Association (SIA) gezählt. Die Optmimierung der Transistorenzahl auf Halbleitern soll ab 2021 in erster Linie von neuen Technologien wie 3-D-Integration abhängig sein.
Wafer in Nahansicht: Die Tage, in die Transistorendichte allein durch die Skalierung ihrer Größe und Verkleinerung der planaren Abstände zueinander erreicht wird, sind laut der Semiconductor Industry Association (SIA) gezählt. Die Optmimierung der Transistorenzahl auf Halbleitern soll ab 2021 in erster Linie von neuen Technologien wie 3-D-Integration abhängig sein.
(Bild: Intel)

Das Moore'sche Gesetz, wonach sich die Anzahl von Transistoren auf einem Chip in regelmäßigen Abständen verdoppelt und die effiziente Leistung entsprechend steigert, ist in der Vergangenheit schon mehrmals totgesagt worden.

Einer der Gründe hierfür ist, das die Chipentwicklung nach diesem Prinzip im klassischen Sinn davon abhängig ist, wie fein die Strukturen gefertigt werden können. Die planare Skalierung von Transistoren und die Verringerung ihrer Abstände zueinander auf Silizium wird immer schwieriger und stößt zunehmend an die Grenzen des physikalisch möglichen.

Bis spätestens 2021 soll es damit nun endgültig vorbei sein. „Das Moore’sche Gesetz ist tot – lang lebe das Moore’sche Gesetz“. Zu dieser und weiteren Schlussfolgerungen kommt die 2015 International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) der Semiconductor Industry Association (SIA). Denn auch wenn die Grenzen der klassischen 2-D-Skalierbarkeit erreicht sind, werden neue Technologien wie 3-D-Stacking die Voraussage von Gordon Moore weiter aufrecht erhalten können; allerdings nicht rein über die Strukturverkleinerung.

Die treibenden Kräfte hinter dem Fortschritt liegen nun woanders

Der Bericht stützt sich bei seiner Aussage darauf, dass sich die Bedeutung des Moore'schen Gesetzes im Laufe der Jahre gewandelt hat, die Aussage in ihrem innersten Kern allerdings erhalten geblieben ist. Allerdings habe sich in der Industrie selbst ein grundlegender Wandel vollzogen.

Ursprünglich war es so, dass Bausteinfertiger den Technologiewandel antrieben und Gerätehersteller deren Erkenntnisse und Fortschritte zur Entwicklung ihrer Produkte nutzten. Diese Vorzeichen haben sich aber gewandelt: Die Industrie wird zunehmend getrieben von Geräte- oder SoC-zentrierten Modellen, für deren Ansprüche eine zunehmende Zahl an Fabless-Chipherstellern gezielt neue, bessere IPs und Bausteine produziert. Smartphoneentwicklung oder das Internet der Dinge sind beispielsweise extrem geprägt davon, dass Chipentwickler in der Lage sind, eine zunehmend hohe Zahl an Peripherien sowie Speicher und hochleistungsfähige Prozessoren in nur einem Baustein zu vereinen.

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