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Meilenstein IBM produziert erste 7-Nanometer-Testchips

Autor: Sebastian Gerstl

Es ist ein Meilenstein der Chipfertigung: Einer Forschungsallianz der IBM Research Group ist es gelungen, erste Test-Chips mit funktionierenden Transistoren in 7-Nanometer-Technologie zu fertigen. Damit wäre es möglich, mehr als 20 Milliarden Transistoren auf einem Chip von der Größe eines Fingernagels unterzubringen.

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Durchbruch: IBM-Forscher haben erfolgreich die ersten funktionablem Testchips auf Grundlage von 7nm-Technologie produziert
Durchbruch: IBM-Forscher haben erfolgreich die ersten funktionablem Testchips auf Grundlage von 7nm-Technologie produziert
(Bild: IBM Research / Flickr)

In modernen Rechenzentren, Mobilgeräten und Computern werden überwiegend Chips auf Basis von 22- und 14-nm-Technologie eingesetzt. Intel hat mit Cannonlake bereits die ersten Prozessoren angekündigt, die serienmäßig im 10-nm-Verfahren entstehen sollen. Doch die Chipentwicklung rückt den Grenzen des physikalisch möglichen immer näher. Das Moore'sche Gesetz, nach dem sich die Anzahl von Transistoren auf einem Chip in regelmäßigen Abständen verdoppelt und die effiziente Leistung entsprechend steigert, hängt davon ab, wie fein die Chipstrukturen gefertigt werden können. Effizientere Bauteile mit höherer Rechenleistung bei gleichzeitig niedrigerem Stromverbrauch hängen schwer von einer erfolgreichen Miniaturisierung ab.

Reinraum: Dr. Michael Liehr (links) vom SUNY Polytechnic Institute’s Colleges of Nanoscale Science and Engineering und Bala Haran (rechts) von IBM Research prüfen einen Wafer voll 7nm-Testchips.
Reinraum: Dr. Michael Liehr (links) vom SUNY Polytechnic Institute’s Colleges of Nanoscale Science and Engineering und Bala Haran (rechts) von IBM Research prüfen einen Wafer voll 7nm-Testchips.
(Bild: IBM Research / Flickr)
Daher ist die Leistung der von IBM Research geführten Allianz durchaus als Durchbruch zu bezeichnen: Zusammen mit Mitarbeitern von Globalfoundries, Samsung und dem College of Nanoscale Science and Engineering der State University of New York Polytechnic Institute (SUNY) ist es den Wissenschaftlern gelungen, erste funktionierende Testchips mit 7-nm-Technologie anzufertigen. Die Forschungsallianz hat hierzu mehrere neue Halbleiterverfahren und -technologien entwickelt.

So führten die Forscher in Transistorkanal Silizium-Germanium ein, um die Transistorleistung zu verbessern. Durch ein spezielles, in der Forschungsallianz entwickeltes Verfahren gelang es dabei, Transistoren in weniger als 30nm Abstand zu schichten. Um die äußerst feinen Muster auf den Wafern aufzutragen, wurde auf verschiedenen Ebenen der Chipfertigung eine Methode integriert, welche die Wissenschaftler als Extrem-Ultraviolett-Lithographie (EUV) bezeichnen.

Nach Angaben von IBM haben diese Innovationen das Potenzial, das Stromverbrauch-Rechenleistung-Verhältnis der nächsten auf dieser Technologie basierenden Systeme um mindestens 50% zu verbessern und so die Anforderungen zukünftiger Big Data, Cloud und mobiler Anwendungen effizienter zu erfüllen. Ein Fortbestand des Moore'schen Gesetzes sei damit noch auf mehrere Jahre hinaus weiter gesichert.

REM-Aufnahme: 7nm-Knoten-Transistoren, geschichtet in einem Abstand von weniger als 30 nm.
REM-Aufnahme: 7nm-Knoten-Transistoren, geschichtet in einem Abstand von weniger als 30 nm.
(Bild: IBM Research / Flickr)
Die Arbeit wurde im Rahmen einer Public-Private-Partnership von IBM mit dem US Bundestaat New York und einer Entwicklungsallianz mit GLOBALFOUNDRIES, Samsung und Technologieausrüstern durchgeführt und ist Teil von IBMs 2014 angekündigter und auf fünf Jahre angelegter, 3 Milliarden US-Dollar fassenden Investition in Chipforschung und -entwicklung. Das Wissenschaftlerteam arbeitet auf SUNYs NanoTech Complex in Albany, New York.

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