Der Fluch der 20-Nanometer-Fertigung

GrafikkartenLetzten Monat sind sowohl die Geforce GTX 780 als auch die Geforce GTX 770 offiziell vorgestellt worden. Die Geforce GTX 760 soll angeblich am kommenden Dienstag folgen. Die Grafikprozessoren der Geforce-GTX-700-Serie werden allesamt im 28-Nanometer-Verfahren vom Auftragsfertiger TSMC hergestellt. Die aktuellen Grafikkarten der Radeon-HD-7000-Serie werden ebenfalls in einer Strukturbreite von 28 Nanometern von TSMC gefertigt, weswegen beide Grafikarchitekturen leistungstechnisch relativ dicht beieinander liegen. Der Prozessorhersteller Intel ist etwas weiter, denn schon seit einem Jahr befinden sich 22-Nanometer-Prozessoren in der Produktpalette.

Durch ein verbessertes Fertigungsverfahren kann in der Regel die Performance massiv gesteigert werden, während die Leistungsaufnahme auf dem gleichen Niveau bleibt oder sogar zurückgeht. Je kleiner die Strukturen ausfallen, desto mehr Transistoren finden Platz auf einem Chip - das ist eine ganz einfache Rechnung.

TSMC Wafer

Es kommen natürlich zahlreiche Faktoren hinzu, die wohl bei der anstehenden 20-Nanometer-Fertigung für Gegenwind sorgen. Diese soll lediglich einen 15-prozentigen Leistungssprung bei einer 20-prozentigen Energieersparnis mit sich bringen. Bei der 28-Nanometer-Fertigung waren es noch ein 35-prozentiger Leistungssprung sowie eine 40-prozentige Energieersparnis. Diese Zahlen stammen vom taiwanischen Auftragsfertiger TSMC, dessen 20-Nanometer-Fertigung sich wohl kaum vom aktuellen Herstellungsverfahren unterscheidet - bis auf die Strukturbreite natürlich.

Erst mit der 16-Nanometer-Fertigung, die wohl erst in zwei Jahren marktreife Früchte tragen wird, kommen angeblich diverse Optimierungen, wie FinFET-Transistoren (3D-Transistoren), hinzu. Beim Sprung von der 28-Nanometer- auf die 20-Nanometer-Fertigung sollte es also, trotz einer nahezu halbierten Chipfläche, keinen allzu großen Performancegewinn geben, außer der Hersteller nimmt die Brechstange heraus und lässt die Leistungsaufnahme explodieren.

Was bedeutet das nun für die beiden Grafikchipentwickler AMD und Nvidia? Dies lässt sich anhand eines Beispiels mit der Volcanic-Islands-Generation relativ gut erläutern. Die Radeon-Schöpfer hätten zwar genug Platz um die Anzahl an Ausführungseinheiten zu verdoppeln, doch aufgrund einer zu hohen Leistungsaufnahme müsste AMD die Taktraten niedrig halten. Es wäre allerdings wirtschaftlicher einen Grafikprozessor mit 3.072 statt 4.096 Shadereinheiten, der über eine hohe Taktfrequenz verfügt, zu entwickeln. So käme die GPU mit einer kleineren Chipfläche daher und besäße trotzdem eine ähnliche Performance und eine ähnliche Leistungsaufnahme.

Somit stehen sowohl AMD als auch Nvidia vor einem Dilemma zwischen einem zu geringen Leistungssprung und einer zu hohen Leistungsaufnahme. Wir gehen davon aus, dass die Grafikchipentwickler die Turbo-Boost-Technologie, bei der es sich eigentlich um einen geschickt getarnten Stromsparmechanismus handelt, weiter optimieren werden, wodurch das unabhängige Testen übrigens erneut schwieriger würde. Dennoch werden wir den nächsten wirklich großen Leistungssprung wohl erst mit der 16-Nanometer-Fertigung erleben.


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