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Von 2.300 auf 500 Millionen Transistoren

09.08.2007 | 08:30 Uhr |

Der 4004-Prozessor von Intel aus dem Jahr 1971 kam mit 2.300 Transistoren bei 10 Mikrometern und 740 kHz Taktfrequenz auf den Markt. Heutige Prozessoren wie der Pentium Extrem Edition 965 erreichen eine Taktfrequenz von fast 4 GHz bei einem 65-Nanometer Herstellungsprozess.

Dabei sind die CPUs aus acht übereinanderliegenden Verbindungslayern aufgebaut, arbeiten mit Spannungen unterhalb von einem Volt, und die Anzahl der Transistoren liegt bei zirka 500 Millionen. Auf der Spitze eines Kugelschreibers ließen sich in etwa zehn Millionen Transistoren unterbringen.

Aktuelle Prozessoren mit hohen Rechenleistungen und ihren Millionen von Transistoren stoßen bald an ihre herstellungsprozessbedingten physikalischen Grenzen. Auch die immer kleiner werdenden Abstände der Leiterbahnen und Transistoren auf den Grundträgern der Prozessoren führen zum sogenannten Übersprechen bei benachbarten Leiterbahnen.

So kann im Extremfall eine Bit-Information generiert werden, wo vorher keine war, oder das Bit auf der Leitung kippt in die andere Wertigkeit. Mit der Verkürzung der Schaltzeiten der Transistoren und Miniaturisierung kommt es auch wegen des vorhandenen elektrischen Widerstands und dadurch, dass die Transistoren zwar sicher durchschalten, aber aufgrund geringen Spannung nicht mehr vollständig abschalten, zu einer Erwärmung des Chips.

Diese Verlustleistung in Form von Wärme muss an die Umwelt abgeführt werden, um eine stabile Funktion des Prozessors zu gewährleisten. Durch die Verringerung des Spannungshubs und der Versorgungsspannung der Prozessoren kann man die Verlustleistung reduzieren. Leckströme im Halbleitermaterial führen ebenfalls zu einer ungewollten Erwärmung, die zu Materialausdehnung und damit zur physikalischen Zerstörung führen kann.

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