IBM zeigt 100 GHz-Transistoren aus Graphen

ForschungGraphen gilt schon einiger Zeit als großer Hoffnungsträger für die Chipindustrie. Die zwingend notwendige Verkleinerung der Strukturgröße stößt bei Silizium allmählich an ihre Grenzen und so muss nach alternativen Materiallien geforscht werden, die als Grundlage für zukünftige Chips taugen.

Intel hatte im August letzten Jahres eine Fertigungs-Roadmap vorgestellt, nach der Silizium nur noch bis 11 nm überhaupt in den Griff zu bekommen ist und schon dafür werden einige wichtige Änderungen in der Fertigung nötig wie zum Beispiel der Einsatz von EUV-Lithografie und Trigate-Transistoren. Aber 2020 wäre nach dieser Roadmap dann Schluss; mit einer weiteren Verkleinerung sollten sich nicht sinnvolle Alternativen zum Silizium finden. Materiallien auf Kohlenstoffbasis gelten hier momentan als viel versprechendste Kandidaten. Graphen ist solch ein Kohlenstoff und Wissenschaftler von IBM sind jetzt einer zukünftigen Verwendung desselben als Computerchip einen großen Schritt nähergekommen.

So wurde ein 2 Zoll-Wafer (50 mm) vorgestellt, auf dem Transistor-Strukturen bis hinunter zu einer Fertigungsgröße von 240 nm aufgebracht waren. Ein wichtiger Punkt an der Vorstellung des Graphen-Wafers ist, dass die Fertigung weitgehend kompatibel zur gängigen Lithografie ist, die auch für die Fertigung auf Silizium-Basis zum Einsatz kommt. Allerdings läuft die aktuelle Chipfertigung auf 12 Zoll-Wafern (300 mm) und mit einer Fertigungsgröße von 45 beziehungsweise 32 nm. In 250 nm, in welcher der kleinste, jetzt vorgestellte Graphentransistor hergestellt ist, wurden damals die Pentium II - Codename Deschutes - und AMDs K6-3D - Codename Chomper - gefertigt. Wichtig für eine zukünftige Fertigung auf Basis von Graphen ist also auch eine Verkleinerung der Strukturgrößen, denn wenn man sich Nvidias kommenden Grafikchip GF100 ansieht, dann stellt man fest, dass dieser bei 40 nm-Fertigung schon über 500 mm² groß ist und damit in 240 nm nicht einmal mehr auf den Wafer passen würde.

Kohlenstoff zeigt allerdings eine deutlich höhere Ladungsträgerbeweglichkeit als Silizium, weshalb auch bei geringerer Spannung schon sehr hohe Frequenzen möglich sind. Bei dem vorgestellten Wafer wurden so bis zu 100 GHz erreicht, wobei diese Zahl keineswegs mit aktuellen, komplexen Prozessoren zu vergleichen ist. Es ist eine Sache, einen einzelnen Transistor mit derart hohen Taktraten zu betreiben, eine andere ist es allerdings, daraus auch einen funktionsfähigen Chip herzustellen. Denn auch mit Silizium sind theoretisch sehr hohe Taktraten möglich, wie Intel anhand eines 2 THz- und AMD sogar anhand eines 3,3 THz-Transistors bewiesen haben. Dennoch sind die Ergebnisse mit den Graphen-Transistoren äußerst viel versprechend, denn wenn man ähnliche Transistoren aus Silizium baut, erreicht man laut IBM höchstens 40 GHz.
Das gesamte Projekt wird von der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), einem Zweig des Amerikanischen Verteidigungsministeriums, gefördert, dessen Ziel letztlich Transistoren mit einer Taktrate von bis zu 1 THz sind.


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2 Kommentare

2.) f1delity 09.02.2010 - 08:20 Uhr
Ich glaube nicht, dass du das einfach so gegenüberstellen kannst. Da kommt sicherlich noch die Komplexität des Chips ins Spiel, diese wird auch bis Kohlenstoff wirklich marktreif ist noch steigen, aber das es auch beim Takt vorangeht wäre schön.
1.) CaptainCosmotic 08.02.2010 - 13:16 Uhr
Weiß jemand wie das mit den leckströmen bei Graphen aussieht. Silizium scheint ja bei komplexen Prozessoren die 4 Ghz als (vernünftige) Grenze zu haben. Also ein zehntel der 40Ghz des maximalen Taktes der Prototypen. Bei Graphen wären das 10 Ghz. Solch ein Monster im Manycorebereich, sagen wir 32 Prozessorkerne, könnte ein paar sehr schöne Berechnungen durchführen. Raytracing in hoher Qualität und in Echtzeit ist dann nur noch Kindergarten.