IBM & Co. haben endlich ein Produktions-Verfahren für 5nm-Chips

Der Entwicklung von Chips mit Strukturweiten von 5 Nanometern steht im Grunde nichts mehr im Weg. Eine hochkarätige Forschungs-Allianz rund um den Technologiekonzern IBM hat die dafür nötigen Prozesstechnologien nun fertig entwickelt und stellt diese in den kommenden Tagen der Halbleiter-Industrie vor. Den Partnern sei es jetzt gelungen, als erste in der Branche Silizium-Nanosheet-Transistoren zu bauen, aus denen 5-Nanometer-Chips zusammengesetzt werden können. Zwei Jahre nachdem die Gruppe die ersten 7-Nanometer-Chips mit 20 Milliarden Transistoren präsentieren konnte, schafft man es nun, auf der gleichen Fläche von nicht einmal der Größe eines Fingernagels rund 30 Milliarden Transistoren unterzubringen.

Die Zahl der Transistoren ist ein wichtiges Kriterium für die Leistungsfähigkeit, die ein Prozessor bereitstellen kann. Zum Vergleich: Intels erste Pentiums aus dem Jahr 1993 brachten es bei einer Strukturweite von 800 Nanometern noch auf 3,1 Millionen Stück. Apples aktueller A10-SoC setzt sich aus 3,3 Milliarden Transistoren zusammen und der neue 8-Kern-Ryzen von AMD bringt es auf 4,8 Milliarden Transistoren bei einer Baugröße von 14 Nanometern.

Auch bei der neuesten 7-Nanometer-Architektur setzen die Chiphersteller im Wesentlichen auf einen verbesserten FinFET-Prozess. Um nun aber den Schritt hin zu 5 Nanometern zu schaffen, musste man sich von dem Verfahren aber lösen. Stattdessen kommen nun mehrere übereinanderliegende Nanosheets zum Einsatz, in denen nun ebenfalls mit Extreme Ultraviolet (EUV)-Lithographie die kleineren Strukturen abgebildet werden können.

Investitionen allein kaum noch zu stemmen

Bei IBM forscht man bereits seit rund zehn Jahren an dem Verfahren. Nun ist es weit genug entwickelt, dass man es auch in der Praxis zur Anwendung bringen kann. Gegenüber den letzten Experimenten mit 10-Nanometer-Strukturen zeigte sich hier, dass bei gleicher Performance bis zu 75 Prozent weniger Energie benötigt wird - was entsprechend leistungsfähigere Chips ermöglichen wird.

Solche Fortschritte verlangen inzwischen Investitionen, die im Grunde nicht mehr von einzelnen Chipherstellern parallel zueinander gestemmt werden können. Bereits die Entwicklung von 7-Nanometer-Verfahren hatte IBM rund 3 Milliarden Dollar gekostet. Wie viel nun in das neue Projekt floss, ist nicht genannt worden. Allerdings waren hier nun Konzerne wie Samsung und GlobalFoundries an der Forschung beteiligt.

Und die Unternehmen gehen davon aus, dass der Schritt auf 5 Nanometer erhebliche Fortschritte in mehreren Bereichen bringen wird. Natürlich werden so beispielsweise Prozessoren für Mobilgeräte noch stromsparender und schneller arbeiten können. Allerdings werden mit 5 Nanometern auch ordentliche Sprünge bei KI-Berechnungen und ähnlichen Anwendungen möglich, die heute selbst mit modernen Prozessoren noch kaum zu stemmen sind.