Wenn kleiner nicht mehr geht werden Microchips zu Megachips

Seit Jahren wird von den physikalischen Grenzen der Miniaturisierung von Microchips gesprochen. Damit elektronischen Gadgets diese Barrieren zur weiteren Leistungssteigerung überwinden gehen Entwickler einen neuen Weg: Sie machen Chips größer.

Immer kleiner, immer stärker ist seit Jahrzehnten die Devise der Chipentwicklung. Alle zwei Jahre verdopple sich bei einem Halbleiter die Zahl der Transistoren, eine 1965 geäußerte Beobachtung des späteren Intel-Mitgründers Gordon Moore. Daraus wurde das Mooresche Gesetz, kein Naturgesetz, sondern eine Art Diktum für die Entwicklung der Halbleiter-Industrie.

Diese beständige Verkleinerung stößt jedoch inzwischen an physikalische Grenzen. Und so gehen die Entwickler von Chips neue Weg: Statt flacher Halbleiter bauen sie Chips in mehreren Schichten übereinander. Gleichzeitig dehnen sie die Flächen aus, auf denen das Silizium im Herzen unserer Elektronik aufgebracht wird. In einem Bericht prägt das Wall Street Journal dieses Bild für die Entwicklung: Wie in Metropolen werden Häuser aufgestockt und so der Stadtkern verdichtet, während die Stadtkerne zur selben Zeit in einer zunehmenden Zahl von Vororten ausufern.

Während die meisten Chips derzeit die Größe von kleinen Münzen haben, dehnen sich einige neue Chipgenerationen auf die Größe von Spielkarten oder sogar kleinen Tellern aus. Diese “Megachips” werden nicht nur in Supercomputern eingesetzt, sondern finden sich auch in unserem Haushalt, schreibt das WSJ. Die X-Box von Microsoft würde ebenso wie Sonys PlayStation 5 solche Chips von Advanced Micro Systems einsetzen. Apple verwende dieses Design für seinen neuen M1 Ultra, während Intels Ponte Vecchio Prozessor in Datenzentren und Supercomputern verbaut wird.

Herausforderung “Packaging”

Das mehrschichtige Design von Halbleitern oder die Integration mehrerer Chips über große Flächen bringt neue Herausforderungen. Dazu gehört die enorme Hitzeentwicklung, damit verbunden die Verformung von Materialien, oder die Geschwindigkeit, mit der Daten zwischen den einzelnen Komponenten befördert werden. Diese Herausforderungen zu lösen ist die Aufgabe von “Packaging”, bei dem Halbleiter nach ihrer Produktion über mikroskopisch kleine Leitungen mit anderen Chips oder Komponenten wie Antennen oder Sensoren verbunden werden.

Ähnlich wie Aufzüge in Hochhäusern Stockwerke schneller verbinden als der Fußweg in einem lang gestreckten Gebäude dauert, bringen gestapelte Chips schnellere Verbindungswege und Datenübertragung. In “Chiplets” werden Microchips direkt aufeinander gestapelt und die Wege der Daten abgekürzt. Mehrere solcher Chiplets können schließlich zu “Megachips” verbunden werden, die enorme Leistung erbringen. Intels Ponte Vecchio Grafikprozessor hat nach Angaben des WSJ 63 verschiedene Chiplets, die über- und nebeneinander gestapelt werden. So werden auf eine Fläche von 3100 Quadratmillimeter über 100 Milliarden Transistoren untergebracht. Zum Vergleich: Ein typischer Laptop-Chip ist kleiner als 150 Quadratmillimeter und hat “nur” 1,5 Milliarden Transistoren.

Published On: 12. August 2022

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