Moore's Law und die 14-nm-Prozesstechnik

Mit ziemlicher Verspätung stellt Intel erste Details zur neuen 14-nm-Prozesstechnik vor. Da kommt sogar das Mooresche Gesetz ins Wanken.

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Die Fins der Transistoren in 14-nm-Technik liegen deutlich näher zusammen, sind aber länger geworden

(Bild: Intel)

Unter dem Motto "Advancing Moore's Law in 2014" hat Intel am Montag Einzelheiten zur 14-nm-Prozesstechnik vorgestellt. Dabei wird das Mooresche Gesetz, demzufolge sich die Komplexität der Chips alle zwei Jahre verdoppelt, nicht wirklich fortgeschrieben, sondern verläuft offenbar doch ein wenig verlangsamt.

Die 14-nm-Prozesstechnik hat nun über ein Jahr Verspätung, und einen detaillierten Einblick in die 22-nm-Prozesstechnik P1270, die erste mit den 3D-Trigate-Transistoren, hatte Intel-Fellow Mark Bohr schon vor über drei Jahren im Mai 2011 gegeben. Die ersten 22-nm-Testwafer konnte man gar schon auf dem IDF 2009 bewundern. Die Architektur des ersten in 22-nm gefertigten Chips "Ivy Bridge" wurde auf dem IDF im September 2011 veröffentlicht, die ersten Prozessoren waren dann schließlich ab April 2012 erhältlich.

Hoffnungen, dass Bohr schon auf dem Intel Developer Forum 2013 über 14-nm-Technik spricht, wurden enttäuscht. Intel-Chef Krzanich hatte zwischendurch Probleme mit der Herstellung zugegeben, so dass Intels Tick-Tock-Takt – jedes Jahr im Wechsel eine neue Mikroarchitektur oder eine neue Prozesstechnik – nicht mehr ganz zu halten war. Schließlich hat der Konzern erst jetzt Einzelheiten des Prozesses P1272 bekannt gemacht.

Gut über Generationen fortgeschrieben: die Performance/Leakage-Kurve

(Bild: Intel)

Immerhin hält die neue Herstellungstechnik das Versprechen der Verdoppelung der Komplexität in etwa ein, ein Haswell-Prozessor in 14-nm-Prozesstechnik würde laut Intel nur 51 Prozent der Die-Größe wie in 22-nm benötigen. Die Größe einer SRAM-Zelle aus 6 Transistoren, und zwar nicht die in den speziellen Testchips, – die sind etwa 10 Prozent kleiner –, sondern die in den CPUs, schrumpft von 0,108 µm2 auf 0,0588 µm2 also auf 54 Prozent.

Bei den linearen Dimensionen gibt es über dem Mooreschen Gesetz liegende Schrumpfungen der Abstände zwischen 65 Prozent (Interconnect) und 78 Prozent (Transistor Gate). Die Fins ("Flossen") sind jetzt 42 statt 60 nm auseinander. Geändert hat Intel auch die Höhe und die Form der Fins, sie ragen im neuen Prozess 8 nm höher heraus auf 42 nm, zuvor waren es 34 nm. Der Querschnitt ist nicht mehr trapezförmig sondern eher rechteckig. Mark Bohr begründete das mit Erfahrungswerten, die man in der Zwischenzeit mit den Trigate-Transistoren gewonnen hat. Weiterhin wird äußerst trickreich mit 193-nm-Laserlicht belichtet, mit Immersion-Flüssigkeit zwischen Linse und Wafer und mit Double Patterning und mit all den anderen komplexen Tricks, die man dafür benötigt.

Wichtig sind insbesondere die Bereiche Performance pro Watt, wo insbesondere der dafür optimierte neue Core-M mit über Faktor 2 brillieren kann. Für Server und Laptops wird dieser Faktor etwas niedriger ausfallen und mehr in der Gegend der traditionellen Steigerung von 1,6 liegen. Wichtig sind ferner die Herstellungskosten, die absolut gesehen zwar über dem normalen, logarithmischen Faktor hinaus steigen – mehr Prozessschritte, teurere Masken, teurere Ausrüstung – aber dennoch pro Transistor weiter fallen, sogar etwas stärker als üblich.

Und immer wieder wichtig: die Ausbeute

(Bild: Intel)

Und wichtig ist dabei natürlich auch die Ausbeute (Yield). Absolute Werte gibt Intel wie üblich nicht an, aber die Ausbeutekurve sei jetzt gesund und soll sich im Verlauf des Jahres den Werten der 22-nm-Produktion nähern. Im ersten Halbjahr 2015 will Intel dann so weit sein, die Volumenproduktion für alle geplanten 14-nm-Chips mit hoher Ausbeute zu gewährleisten. Zwei Fabriken in Oregon und Arizona stünden dafür zur Verfügung, eine dritte im irischen Leixlip soll im nächsten Jahr die Produktion in 14-nm-Technik aufnehmen. Der zugehörige SOC-Prozess P1273, so verriet Fellow Bohr gegenüber heise online, liege allerdings etwa drei bis sechs Monate zurück. Folglich wird man auf den darin gefertigten Atom-Chip Cherry-Trail noch ein wenig länger warten müssen.

Die 10-nm-Entwicklung, erklärte Bohr weiter, liege gut im Zeitplan. Auch bei ihr wird Intel noch auf 193-nm-Laser zurückgreifen, obwohl die EUV-Technik in der letzten Zeit besser in Schwung gekommen ist, so dass in einigen Jahren einen Schwenk möglich sein könnte. (as)