Intels 45 nm Fertigungsprozess - 1/1
29.01.2007 by doelf

Vor wenigen Tagen zeigte Intel erstmals lauffähige Prozessoren mit einer Strukturgröße von 45 nm und erklärte, welche grundlegenden Änderungen bei den Transistoren hierzu notwendig waren. Wir erinnern uns: Vor ziemlich genau einem Jahr, am 25. Januar 2006, hatte Intel erstmals voll funktionsfähige SRAM-Chips im 45 nm Herstellungsprozess vorgestellt. Nun konnten die ersten lauffähigen Prozessoren mit dieser Strukturgröße gezeigt werden. Laut Intel-Mitgründer Gordon Moore handelt es sich um die wichtigste Veränderung im Transistorendesign seit 40 Jahren.

300 mm 45 nm Wafer

Doch was hat sich eigentlich geändert? Durch die Kombination neuer Materialien soll eine deutlich bessere Isolation zwischen dem Gate und dem Leiter erzielt und somit die Leckströme minimiert werden. Je kleiner die Strukturen sind, desto schwieriger wird es, Leckstöme mit ihrem negativen Einfluss auf die Abwärme und die Signalqualität zu unterbinden. In den späten 60er Jahren des letzten Jahrhunderts wurden Gates aus Polysilizium bei den Transistoren eingeführt, was Gordon Moore als den letzten großen Technologieschritt betrachtet. Als Isolator verwenden aktuelle Prozessoren eine dünne Schicht aus Siliziumdioxid, die bei Intels Modellen mit 65 nm Strukturgröße nur noch 1,2 nm bzw. fünf Atomlagen dick ist. Das Ziel muss also darin bestehen, eine dickere Isolationsschicht einzubringen, um die Leckströme und damit letztendlich auch die Verlustleistung zu senken. Durch die Minimierung dieser negativen Faktoren arbeitet die CPU kühler und erlaubt zudem höhere Taktraten.

Der 45 nm Transistor

Bei Intels Lösung handelt es sich um ein "high-k" Dielektrikum, welches auf Hafnium basiert und das schichtweise (Atomic Layer Deposition, ALD) aufgetragen wird. Allerdings sind die üblichen Elektroden der Transistor-Gates, welche auf Silizium basieren, nicht mit dem "high-k" Dielektrikum kompatibel, so dass Intel hier zu zwei namentlich nicht genannten Metallen greift. In der Praxis konnten die Schaltverluste laut Intel durch die neuen Transistoren um 30 Prozent gesenkt werden und die Schaltzeit wurde um bis zu 20 Prozent verbessert. Alternativ zur schnelleren Schaltzeit können die Leckströme um den Faktor fünf reduziert werden, der Leckstrom der Gates sogar um den Faktor zehn. Die Prozessoren, welche für die Vorführung verwendet wurden, basieren auf dem mobilen "Penryn" Kern und dessen Desktop Pendant "Wolfdale". Zudem soll ein vierkerniger "Yorkfield" gezeigt worden sein. Sie sollen bereits mit Windows XP und Vista, Mac OS X und Linux funktionieren.

Der "Penryn" Kern

Intel wird die Masken der 45 nm Prozessoren auch weiterhin mit 193 nm Fotolithografie herstellen, wobei sich Luft zwischen dem Objektiv und dem Wafer befindet. Zwar wurde von Intel bereits 2004 die extreme-ultravilolet (EUV) Lithogragphy, welche mit reflektierenden Optiken und Masken arbeitet und eine Produktion im Vakuum vorraussetzt, als Belichtungstechnologie der Zukunft angekündigt, doch dieser Schritt wird wohl frühestens 2009 vollzogen. AMD und IBM setzen für ihre 45 nm Fertigung auf die Immersionslithographie, bei der die Luft zwischen dem Objektiv und dem Wafer durch eine klare Flüssigkeit ersetzt wird.

Derzeit wird darüber spekuliert, ob die neuen Prozessoren SSE4 beinhalten werden. Beim Conroe und Kentsfield hatte Intel seiner Befehlssatzerweiterung SSE (Streaming Single Instruction Multiple Data Extensions) zwar 16 neue Instruktionen hinzugefügt, dies aber als Advanced Digital Media Boost bezeichnet und auf die Bezeichnung SSE4 verzichtet. Zudem gehen einige Journalisten davon aus, dass Intel die HyperThreading Technologie wiederbeleben werde, welche angesichts der steigenden Zahl von Prozessorkernen nur eine untergeordnete Rolle spielen dürfte. Diese beiden Spekulationen wurden im Rahmen von Intels Demonstration allerdings weder bestätigt noch widerlegt.

Derzeit sollen 15 CPU-Modelle aus der Core 2 Familie mit 45 nm Strukturgröße in der Entwicklung sein. Die ersten 45 nm Prozessoren werden derzeit in Hillsboro, Oregon auf 300 mm Wafern gefertigt. Zwei neue Produktionsstätten, die Fab 32 in Ocotillo, Arizona und die Fab 28 in Israel, sollen die Produktion in der zweiten Jahreshälfte 2007 bzw. in der ersten Jahreshälfte 2008 aufnehmen. Intel will in der zweiten Hälfte dieses Jahres mit der Massenfertigung beginnen.

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