Neue Transistoren sollen ohne fließende Elektronen funktionieren

Forscher der Technische Universität Kaiserslautern haben den Einsatz einer völlig neuen Art von Transistoren für zukünftige Computer-Generationen vorgeschlagen. Diese sollen nicht mehr auf Grundlage durchfließender Elektronen funktionieren. mehr... Physik, Magnet, Feld Bildquelle: Windell Oskay (CC BY 2.0) Physik, Magnet, Feld Physik, Magnet, Feld Windell Oskay (CC BY 2.0)

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Die Abwärme dürfte ja dann eigentlich gegen Null gehen. Folglich sollten deutlich höhere Taktraten möglich sein. Damit könnte der 10 GHz Prozessor für den Hausgebrauch doch noch Wirklichkeit werden^^

Wobei das im Anbetracht der komplexen Parallelisierung von Code der bessere Weg ist, als der Weg zu immer mehr Kernen, die immer schwieriger auszulasten sind. Man darf gespannt sein, was daraus mal wird.
 
@Laggy: Bist du dir sicher, dass dir Frequenz hauptsächlich wegen der Temperatur beschränkt wird? Das glaube ich nicht, selbst bei Extremer Kühlung und enormen Spannungen erreichen wir mittlerweile geringere Frequenzen als bei früheren Prozessoren. (Bereits vor Jahren gab es Celerons mit 8GHz unter solchen Bedingungen, heute fast undenkbar). Vermutlich sind tiefe Architekturänderungen notwendig, was nicht im Verhältnis zueinander steht.
 
@orioon: Nunja, früher war auch die Transistorendichte geringer. Das sollte auch einen Einfluss auf die Wärmeentwicklung und -abführung haben, oder?
 
@orioon: OK, da hast du natürlich recht. Das war etwas unglücklich ausgedrückt. Korrigiert mich wenn ich falsch liege, aber das Problem, dass die CPUs selbst extrem gekühlt instabil werden kommt meines Wissens daher, dass Elektronenmigration ab einer gewissen Spannung (die wiederum für hohe Taktraten erforderlich ist) vermehrt auftritt. Wenn bei dem neuen Transistortyp aber keine Elektronen fließen, kann es wahrscheinlich auch nicht mehr zu diesem Effekt kommen, was das erhöhen der Taktrate und der Energiezufuhr wohl erleichtert.
 
@Laggy: Elektronenmigration halte ich hier für unwarscheinlich, es sorgt für ein schnelleres altern aber auch die extrem übertakteten Chips halten zumindest einige Wochen/Monate (sind also noch nicht gänzlich am Limit). Eher wird z.B. das Übersprechen/Leckströme ein großes Problem in der aktuellen Technik sein. Eventuell gibt es ja auch bei Gleichstrom etwas ähnliches wie den Skin-Effekt. Leider zu komplex um ohne ein Physikstudium hier gute Aussagen treffen zu können :(
 
@Laggy: Da Magnete unter Hitze ihrer magnetischen Eigenschaften verlieren - die Elementarmagnete werden quasi random angeordnet und liegen nicht mehr einheitlich strukturiert vor - würde ich erstmal davon ausgehen dass dieses Gerät auch nicht beliebiger Hitze ausgesetzt sein kann. Man sprach ja von geringeren Verlusten elektrischer Leistung durch Hitzeumwandlung. Wenn aber gleichzeitig die Empfindlichkeit gegenüber Hitze steigt, muss das kein Freifahrtschein sein. Und eventuell kommt dann noch etwas Neues hinzu, wie zum beispiel eine gewisse "Umschaltträgheit" der Magnete welche utopischen Taktraten einen Riegel vorschieben.
 
@orioon: Es besteht ein klarer Zusammenhang zwischen Temperatur und Frequenz. Nicht nur der Fakt, dass Prozessoren künstlich runtergetaktet werden bei Überhitzung, sondern auch die Frequenzabhängigkeit von Kondensatoren und Spulen, welche, wenn auch nur wenig, temperaturabhängig sind.
 
@Laggy: Das sind idelisierte Ideen. Außerdem ist es überhaupt gar nicht wirtschaftlich, solche Dinge "für den Hausgebrauch" zu benutzen. Silizium ist einfach nur das am besten beherrschte Material auf Erden. Außerdem gibt es Silizium wie Sand am Meer. Außerdem werden solche neueren Technologien leider nur in der Forschung in Betracht gezogen.
 
@s3m1h-44: Das ganze basiert auch auf Siliziumtechnik. Das Problem, weswegen man auf eine Siliziumbasis angewiesen ist, ist ein anderes. Die ganzen Halbleiterfabriken sind auf die Prozessierung von Si ausgelegt. Um einen Voll-Germanium-Chip in Masse fertigen zu wollen, müssten Umrüstungen von etwa einer halben Millarde € angestellt werden...und das macht kein Halbleiterhersteller mit ;)
Der in diesem Artikel angesprochene Transistor wird ebenfalls auf Si fußen und auch den Großteil des Schichtstapels aus Si haben. Der angesprochene Kristall wird wahrscheinlich direkt darauf gewachsen.
 
@bigspid: Das wusste ich aber nicht, dass das auf Siliziumbasis realisiert wurde. Stand auch im Artikel kein Wort zu. Zu der anderen Sache, würde ich dich mal gerne aufklären. Zu den 12 Elementhalbleitern gehören auch Silizium und Germanium. Dann gibt es noch Verbindungshalbleiter. Silizium ist nicht nur heute, sondern auch in unabsehbarer Zeit das bestimmende Material um komplette Mikrosysteme oder von mir aus auch nur derer Komponenten auf Halbleiterbasis herstellen zu können. Und jetzt kommt auch die Begründung: Silizium hat einfach die besten physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften, um diesen Ansprüchen gerechtzuwerden. Ich sag jetzt einfach mal, dass Silizium zu 95% benutzt wird und selbst danach kommt nicht Germanium als ein Elementhalbleiter, sondern es kommen Galliumarsenid (GaAs) und Siliziumkarbid (SiC) in Frage und das auch nur für Spezialanwendungen! Es gibt halt einige wenige Bereiche, wo diese Verbindungen (hab schon fast Angst Legierungen zu sagen) bessere Eigenschaften aufweisen, wie für für Optoelektronik, Telekommunikation und für Leistungsbauelemente. Wie auch immer, möchte ich darauf hinaus, dass Silizium einfach das >am besten beherrschte< Material ist. Die Siliziumtechnologie ist einfach so ausgereift, dass das was im Artikel beschrieben ist, entdeckt werden konnte. Da hat die von dir genannte Kostenfrage wenig mit zu tun. Germanium an sich ist viel teurer, die Maschinen müssten auch ersetzt werden, wobei ich die halbe Millarde erstens weit aus der Luft gegriffen einschätze und zweitens eine noch viel höhere Zahl nennen würde. Das ist ja alles schön und gut. Aber trotzdem ist es keine Kostenfrage, dass Silizium heute fast ausnahmslos benutzt wird.
 
@s3m1h-44: Bei uns am Institut wurde das mit der Kostenfrage argumentiert. Etwa 1 Mrd kostet es eine gesamte Si-Fab aufzubauen (Angabe aus der Vorlesung :D), die Umrüstung auf Ge beispielsweise ist auch dann nicht in jeder Fab möglich.Fakt ist aber, dass die meisten Anlagen ersetzt werden müssen, da man sie ne wieder so rein bekommt, dass ein Abscheiden/Wachsen von intrinsischem Ge möglich wäre. Die 0,5 Mrd sind jetzt nur grob geschätzt.

Meine Diplarbeit hab ich über Ge-pin-Strukturen geschrieben, die meisten meiner Quellen sind >30 Jahre alt...die Physik ist längst erforscht, nur die Umsetzung außerhalb vom kleinen Labor hat noch niemand wegen der Kostenfrage angepackt ;) Aber seis wie es ist, die Herstellung von Mikrochips wird auch in den nächsten Dekaden auf Si-Basis bleiben...
 
Hoffe, das dieses vielversprechende Konzept in Zukunft noch weiterentwickelt wird. Wäre das nicht eine tolle Möglichkeit für uns Europäer, wieder Boden auf dem Gebiet der Hightech-Branche gut zu machen und nicht nur dem Silicon-Valley (Intel, AMD und Co) die Chipentwicklung zu überlassen?
Vorausgesetzt natürlich, dass sich die Idee in ferner Zukunft mal in ein fertiges Produkt verpacken lässt.
 
@QU3NTIX: Go Infineon
 
@QU3NTIX: wieso denn europäer?? in erster linie würde das für deutschland gelten.

außerdem geht es ja nicht um chipentwicklung im "herkömmlichen" sinne, wie es Intel und AMD betreiben, sondern um grundsätzlich neue technologien. und diese werden sicherlich in universitäten auf der ganzen welt erforscht. ;)
insofern wäre das ein gewöhnlicher schritt in der chipentwicklung. denn solange deutschland keinen großen chiphersteller aus eigenen reihen aufbauen lassen oder einen großen hier ansiedeln kann, solange wird deutschland im "herkömmlichen" sinne dem silicon-valley nicht die stirn bieten können.
 
@larusso: Meiner Meinung muss man in Zeiten einer EU eher in europäischen Dimensionen denken. Es ist auch ganz Europa, das das Software-, Chip- und Internetzeitalter komplettverschlafen hat - wesswegen jetzt ja auch die EU mit Förderprogrammen für zukünftige Entwicklungen, wie die Roboter- und Graphenindustrie, reagiert, um in Zukunft mehr mitmischen zu können.
 
@QU3NTIX: in zeiten einer EU... da ist ja schon mein problem. für mich ist das alles... naja, bin kein freund der EU.

mir kann bis heute keiner erklären, wie deutschland exportweltmeister vor der EU war. aber jeder glaubt mir erklären zu können, warum wir es heute ohne die EU nicht wären... alles augenwischerei?

klar ist es schön, dass sich verschiedene nationen zusammengefunden haben um verschiedene gemeinsame ziele zu verfolgen. aber in dem ausmaß, bzw. da wo die EU sonst noch ihre finger im spiel hat, ist mir das ein dorn im auge.
verschiedene andere formen, die nicht so weit gehen, wie die EU, würden auch zum ziel führen. aber genau das scheint damit ja irgendwie nicht das ziel zu sein...

wenn sich in zeiten von weltkriegen verschiedenste wissenschaftler unterschiedlicher nationen, auch solchen, die sich zu jener zeit bekriegt haben, zusammenfinden konnten, um gemeisam forschung zu betreiben, dann weiß ich nicht, was ich vom kapital und der macht halten soll, wenn man mir einblößen will, dass in der heutigen zeit nur eine union in form der EU das einzig wahre sei...
 
@QU3NTIX: Mit Graphen kann die EU aber nichts anfangen. Was fördern die denn da? Hast du Quellen?
 
@QU3NTIX: Die EU macht schon so einiges, Großprojekte wie Airbus, Gallileo, Militärtechnik, ESA, oder irgendwelche Grundlagenforschung wie Cern oder ITER (im Bau befindlicher internationaler experimenteller Kernfusionsreaktor in Frankreich). Auch weniger Kostenintensive Projekte werden unterstützt siehe z.B. http://www.forschungsrahmenprogramm.de/ Wenn man sich die Zahlen auf Wikipedia aber mal so ansieht, fällt auf, dass ein großer Teil der Forschungsmittel in Gesundheit, Information- und Kommunkationstechnik und Verkehr geht. Für so etwas wie diese Transistoren bleibt da nicht mehr allzu viel übrig.
 
@Lastwebpage: Fallen Transistoren nicht auch unter Informationstechnik?
 
@Stamfy: Tja, wenn mir jemand sagen könnte wo man was auf diesen EU Seiten finden würde... vielleicht sollte man da auch mal etwas investieren. Ich finde da zwar http://cordis.europa.eu/projects/home_en.html (eine Seite die über die vorherigen Forschungsrahmenprogramme informieren soll) aber ein klein wenig unübersichtlich, finde ich zumindest. Schau es dir selber an. ;)
 
@QU3NTIX: Nach aktuellem Stand würde die Marktreife noch 20+ Jahre dauern. Der nächste Schritt der erstmal kommt, ist die photonische Datenübertragung auf dem Chip. Dh keine elektrische Datenübertragung mehr, sondern nur noch Lichtwellen. Dazu wird der Schichtstapel dann auf Germaniumbasis aufgebaut. Erste Voraussetzung dafür ist ein Germaniumlaser, was bisher das MIT und die Uni Stuttgart geschafft haben. In den nächsten Jahren sollten die ersten Chips funktionieren, in 5-10 Jahren etwa sollten die ersten Modelle in Serie gehen und in 15 Jahren sollte die Technologie üblicherweise zumindest in allen High-End-Systemen zu finden sein. Vielleicht gehts auch schneller^^
 
wo ist die quelle winfuture?!?...
 
@larusso: Kaiserslautern
 
@Digisven: das ist keine quelle!
 
@larusso: Die sind diiiirekt damit zu Winfuture... :D
 
@Digisven: Made my day ;D
 
@larusso: Nature Magazin. Wurde im Artikel genannt. Kostet Geld, wenn du es lesen willst soweit ich weiß, weshalb auch kein direkter Link in den Artikel kann.
 
@s3m1h-44: achso, danke! habs überlesen und nach nem link gesucht. du hast recht. ;)
 
Möglicherweise, könnte, mit Sicherheit, drastischer Geschwindigkeitszuwachs... Dieses "Gedönse" hör ich schon seit vielen Jahren - zuerst der QuantenComputer, jetzt der "Maroni-Transistor", als nächstes die Spagetti-Leiter - BLABLABLAAAAA ;-)
Und bei den Akkus genau das Selbe - wer's glaubt!
 
@Zonediver:

??

quantencomputer befinden sich immer noch in der forschung! was erwartest du da? das bei einem solchen unterfangen die ganze technologie in 1 oder 2 jahren bei dir zu hause in der hütte steht??... man man, nachdenken nach dem lesen irgendwelcher (leider auch oft schlechter) artikel! ;)

und egal wie schlecht die artikel auch manchmal sind, ich zumindest hab noch keinen über quantencomputer gelesen, in dem stand, dass wir diese sicher bald zu hause haben werden!
 
Mich würd mal interessieren wie robust die Informationen in diesen Chips zirkulieren. Moderne CPUs kann man ja auch nicht in's Weltall schiessen weil die nichtmehr robust genug arbeiten für die Bedingungen. Wie ist das dann wenn der Informationsfluss auf winzigen Magnetfeldänderungen beruht? ist ja nicht so als hätten wir sonst keine Magnetfelder im Alltag...
 
@Stamfy: aber gleiches gilt ja für elektrische felder.
 
Naja, Mittelfristig wissen wir mehr (also 10-15 Jahre).
Zumindest wenn sich Onkel Sam und Macho Putin sich nicht vorher in die Haare kriegen.
Bei einem Atomaren Schlagabtausch der oben erwähnten Staaten, habe wir eine "Vorwarnzeit" von
ca. 35 Minuten. .... Da bleibt einem nicht mehr viel, ausser: Ich trinke noch eben aus. xD xD
 
Naja, sind halt Laborbedingungen, sprich Grundlagenforschung. Bis dies alles Marktreif ist und von der Allgemeinheit im täglichen Leben eingesetzt werden kann, vergehen so 15-20 Jahre.
 
Das Problem dürfte die Miniaturisierung sein. Die Rechenpower von heute ist oft kein Ding mehr, was zählt ist Energieverbrauch und die Größe/Gewicht eines Rechners.
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