c't 6/2019
S. 172
Hintergrund
Chipalterung
Aufmacherbild
Bild: Albert Hulm

Langlebige Prozessoren

Wie Chips altern und Entwickler gegensteuern

Auch Prozessoren und andere Halbleiter-Bauelemente halten nicht ewig, sondern verschleißen allmählich. Chipentwickler berücksichtigen solche Effekte schon lange, aber steigende Anforderungen und schrumpfende Strukturen verlangen neue Methoden.

Halbleiterschaltkreise vereinen immer mehr Funktionen in sich: Viele Prozessoren, Grafikprozessoren und Systems-on-Chip enthalten mehrere Milliarden Transistoren. Die höhere Integration senkt die Kosten pro Funktion und ermöglicht neue Produkte überhaupt erst. Gleichzeitig sinken Platz- und Strombedarf und im Prinzip steigt die Zuverlässigkeit: Je weniger Bestandteile, elektrische Verbindungen und Leiterplatten ein Gerät enthält, desto weniger können ausfallen.

Somit rücken Zuverlässigkeit, Robustheit und Langlebigkeit der Einzelteile in den Blick, auch der Halbleiterchips: Die Entwickler dieser integrierten Schaltkreise alias Integrated Circuits (ICs) müssen beim Entwurf der Funktionsblöcke Verschleißerscheinungen berücksichtigen. Sie legen ICs so aus, dass sie bei definierten Betriebsbedingungen – Spannung, Strom, Temperaturen – inklusive absehbarer Schwankungen eine festgelegte Lebensdauer überstehen. Diese Nutzungsdauer ist je nach Einsatzbereich sehr unterschiedlich: Viele Smartphones gehören schon nach zwei Jahren zum Alteisen, während die Automobilindustrie typischerweise 15 Jahre fordert – und für Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik oder auch Smart Meters sind noch längere Zeiträume sinnvoll.

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Ergänzungen & Berichtigungen

Spannungen vertauscht

In der Grafik zum Feldeffekttransistor haben wir versehentlich Drain-Source-Spannung UDS und Gate-Source-Spannung UGS vertauscht.