Im Rahmen einer Forschungsallianz von IBM Research mit GLOBALFOUNDRIES, Samsung und dem College of Nanoscale Science and Engineering der State University of New York Polytechnic Institute (SUNY) gelang es den Wissenschaftlern erstmals, Test-Chips mit funktionstüchtigen Transistoren in der 7-Nanometer (nm)-Technologie herzustellen. Dieser Meilenstein könnte es ermöglichen, mehr als 20 Milliarden Transistoren auf einen Chip von der Grösse eines Fingernagels zu verbauen.
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. Die Entwicklung einer funktionstüchtigen 7-nm-Technologie ist jedoch aufgrund grundlegender technologischer Limitationen eine zentrale und bisher ungelöste Herausforderung. 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 die Vorteile von so kleinen Chipstrukturen jemals realisiert werden können.
Wissenschaftlern der von IBM Research geführten Allianz haben dies nun eindrucksvoll demonstriert. Massgeblich für diesen Forschungserfolg waren mehrere neue, von der Allianz entwickelte Halbleiterverfahren und -technologien. Hervorzuheben sind insbesondere drei Neuerungen, mit denen u.a. eine Steigerung von nahezu 50% in der Flächenskalierung im Vergleich zur gegenwärtig fortschrittlichsten 10-nm-Technologie erreicht wurde:
– Die Einführung und Umsetzung von Silizium-Germanium im Transistorkanal, um die Transistorleistung in der 7-nm-Technologie zu verbessern
– Prozessinnovationen, um Transistoren mit weniger als 30 nm Abstand zu schichten
– Die Integration von Extrem-Ultraviolett-Lithographie (EUV) auf verschiedenen Ebenen der Chipfertigung
Diese Innovationen haben 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.
Die Arbeit wurde im Rahmen einer einzigartigen 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 grossen Investition in die Chipforschung und -entwicklung. Das Wissenschaftlerteam arbeitet auf SUNYs NanoTech Complex in Albany, New York.
Der heute veröffentlichte Meilenstein führt IBMs lange Erfolgsgeschichte in Silizium- und Halbleiter-Innovationen fort. Hierzu gehören die Entwicklung und erste Implementierung von Single Cell DRAM, die Dennard Skalierungsgesetze, chemisch verstärkte Fotolacke, Copper Interconnect Wiring, Silicon-on-Insulator, das Strained Engineering, Multicore-Mikroprozessoren, Immersionslithographie, High-Speed-SiGe, High-k Gate-Dielektrikum, Embedded DRAM, 3D-Chip-Stacks und Airgap Isolatoren.
