Fast so klein wie DNA: IBM produziert erste 7-nm-Chips

Bei IBM knallen die Sektkorken: Im Rahmen einer Forschungsallianz von IBM Research mit dem College of Nanoscale Science and Engineering der State University of New York Polytechnic Institute (SUNY) gelang es den IBM und SUNY Wissenschaftlern erstmals, Test-Chips mit funktionstüchtigen Transistoren in der 7-Nanometer-Technologie herzustellen. [...]

Die 7-nm-Technologie stellt eine der derzeit größten Herausforderungen der Halbleiterindustrie dar, da sie mit den klassischen Mitteln der CPU-Erzeugung nicht erreichbar ist. Heutige Server, Cloud-Rechenzentren und Mobilgeräte werden von Prozessoren der 22-nm- und 14-nm-Technologie betrieben und die 10-nm-Technologie befindet sich auf gutem Weg zu einer technologischen Umsetzung für die Massenfertigung. Die Entwicklung einer funktionstüchtigen 7-nm-Technologie ist jedoch aufgrund grundlegender technologischer Limitationen eine zentrale und bisher ungelöste Herausforderung, die auch IBM jetzt nur unter Laborbedingungen gelungen ist. Zum Vergleich: Die menschliche DNA ist mit einem Durchmesser von 2,5 nm nur wenig kleiner.

Mit den heutigen Herstellungsverfahren konnten solche kleinen Strukturgrößen mit den dabei erhofften Vorteilen der Miniaturisierung – höhere Rechenleistung, geringere Kosten und weniger Stromverbrauch – bisher nicht erzielt werden. Tatsächlich wurde vielfach in Frage gestellt, ob so kleine Chipstrukturen jemals realisiert werden können. Wissenschaftlern von IBM Research und SUNY haben dies nun demonstriert. Neu entwickelte Halbleiterverfahren und -technologien haben dies nun ermöglicht. Insbesondere drei Neuerungen, mit denen unter anderem eine nahezu 50-prozentige Steigerung in der Flächenskalierung im Vergleich zur gegenwärtig fortschrittlichsten 10-nm-Technologie erreicht wurde, hätten dies IBM zufolge ermöglicht:

• Die Einführung und Umsetzung von Silizium-Germanium im Transistorkanal, um die Transistorleistung in der 7-nm-Technologie zu verbessern
• Prozessinnovationen, um Transistoren in weniger als 30 nm Abstand zu schichten
• Die Integration von Extrem-Ultraviolett-Lithographie (EUV) auf verschiedenen Ebenen der Chipfertigung

Diese Innovationen hätten IBM zufolge das „Potenzial, das Stromverbrauch-Rechenleistung-Verhältnis der nächsten auf dieser Technologie basierenden Systeme um mindestens 50 Prozent zu verbessern und so die Anforderungen zukünftiger Big Data, Cloud und mobilen Anwendungen effizienter zu erfüllen“.

Die Arbeit wurde im Rahmen einer Public-Private-Partnership von IBM mit dem Staat New York und einer Entwicklungsallianz mit Globalfoundries (IBM hat dem Unternehmen, eine ehemalige AMD-Tochter, letztes Jahr seine Chipsparte verkauft), Samsung und Technologieausrüstern durchgeführt und ist Teil von IBMs 2014 angekündigter und auf fünf Jahre angelegter, 3 Mrd. Dollar schweren Investition in die Chipforschung und -entwicklung.

Der nun präsentierte Fortschritt in der Prozessortechnologie ist freilich – auch wenn ein funktionstüchtiger Prototyp ein beeindruckender Erfolg ist – von einer Anwendung in der Massenfertigung noch weit entfernt. Die EUV-Lithographie toleriert beispielsweise so gut wie keine Erschütterungen, was beim Bau der Chip-Fabriken berücksichtigt werden muss. Um zu dem Bild der knallenden Sektkorken zurückzukehren: Hätten die Korken während der Herstellung des Transistors geknallt, wäre aus dem Prototypen nichts geworden. (rnf)