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Prozessorträume: Nano-CPUs mit Molekültransistoren

09.08.2007 | 08:30 Uhr |

Prozessoren werden aus Silizium gefertigt - noch. In den Forschungslabors tüfteln die Hersteller bereits an CPUs mit Kohlenstoffröhrchen und Transistoren aus Molekülen. Erste funktionierende Muster gibt es bereits.

Der Stoff, aus dem Prozessorträume sind, scheint bald nicht mehr aus Quarzsand beziehungsweise daraus gewonnenem, hochreinem Silizium (Si) zu bestehen. Forscher testen daher alternative Grundelemente des Periodensystems, wobei die Natur als Vorbild gilt. Die Forschung im Segment von halbleitenden Kohlenstoffröhren und Makromolekülen als Transistor-Adäquat entwickelt sich schnell. Aus dem Mikroprozessor könnte in naher Zukunft der Nanoprozessor oder gar der Quantencomputer erwachsen.

Miniaturisierung

Prozessoren von früher und heute unterscheiden sich im Aufbau grundlegend kaum voneinander. Das Binärsystem stellt für die beiden bekannten Zustände von 0 und 1 kaum Ansprüche an die Technik. Der Elektromechanik der frühen Jahre mit Relais folgte die Elektronik ohne bewegliche Teile in Form der Elektronenröhre mit ihrer hohen elektrischen und thermischen Verlustleistung. Die Zielvorgaben von damals gelten daher auch heute unverändert weiter:

Miniaturisierung

Senkung der elektrischen Betriebskenndaten (Spannung, Verlustleistung)

Senkung der Verlustleistung und damit der Wärmeerzeugung

Verkürzung der Schaltzeiten, Steigerung der Taktrate

Parallelisierung von Einheiten

Mit der Miniaturisierung ergeben sich nicht nur Vorteile. Es kommen Störfaktoren hinzu, die man bei Abmessungen jenseits des Mikro- und Nanobereichs gut in den Griff bekommen hat. Der Bipolar-Transistor (n-/pdotiert) und später der Unipolar-Feldeffekt-Transistor (MOS-FET) kam diesen Vorgaben ab Anfang der 50er Jahre bis heute recht nahe und löste mit der Entwicklung die Röhre ab.

Aus einzelnen GermaniumTransistoren integrierte man Logikgatter und Recheneinheiten. Diese wurden dann gemeinsam mit weiteren Prozessoreinheiten auf einem Die integriert, und der erste Mikroprozessor mit Chipgrößen im Bereich 1/1.000 Millimeter (daher der Ausdruck ,,Mikro") war geboren.

Im Laufe der Jahre ging die Integration auf nur einem Core immer weiter, Germanium (Ge) wurde durch Silizium (Si) als Halbleitermaterial ersetzt, Speicherzellen und Ein-/Ausgabe Funktionen kamen hinzu, und die Komplexität wuchs.

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