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Advent 2017: Immer enger

09.12.2017 | 00:01 Uhr |

Computer werden immer leistungsfähiger, weil Strukturen auf Prozessoren immer kleiner werden. Wo soll das hinführen?

Der Chip von iPhone 8, iPhone 8 Plus und iPhone X namens A11 Bionic wird im 10-Nanometer-Verfahren hergestellt, das hatten wir zu gegebener Zeit bereits berichtet. Auch der A10X Fusion, der in den iPad Pro seinen Dienst verrichtet, stammt aus einem derartigen Produktionsprozess. Intel zögert noch mit der Umstellung von 14 auf 10 Nanometer, im kommenden Jahr soll es aber soweit sein. Das hatte vorwiegend wirtschaftliche Gründe, das 10-Nanometer-Verfahren hat Intel aber technisch im Griff und für die Generationen Coffee Lake und Ice Lake geplant. Was heißt 10-Nanometer-Prozess oder -Verfahren aber genau?

Das sichtbare Licht, so hatten wir ja schon im ersten Teil unseres Adventskalenders geschrieben, hat eine Wellenlänge von etwa 400 bis 700 Nanomter, darüber nennt man es Infrarot und darunter Ultraviolett. Es geht aber noch weit kürzer und das löst das Rätsel, wie Chiphersteller wie Samsung, TSMC oder Intel Strukturen auf Silizium lithographieren können, die wesentlich kleiner sind als Lichtwellen: Mit kurzwelligem Licht und ein paar optischen Tricks.

Antwort vom 8. Dezember:

Colin Chapman war ein britischer Ingenieur und Begründer des Formel-1-Teams Lotus (das Original), Lee Chapman ist ein ehemaliger britischer Fußballspieler, der mit Leeds United 1992 die Meisterschaft gewonnen hatte. Roger Chapman heißt der Sänger mit der unverwechselbaren Röhre, den hatten wir gestern gesucht. Denn wo Licht ist, da ist auch Schatten: Shadow on the Wall…

Denn bei der Immersionslithographie genannten Technik kommt ultraviolettes Licht mit einer Wellenlänge von 193 Nanometern zum Einsatz, das ist die Frequenz, die ArF-Excimerlaser emittieren, also Argon-Fluor-Laser. Das ist im Vergleich zu den Strukturen der Transistoren immer noch recht langwellig, weshalb das Licht durch eine dünnen Flüssigkeitsschicht, der Immersionsschicht mit ihrem hohen Brechungsindex auf die entsprechenden Längen fokussiert wird und die Masken der Schaltungen in den Halbleiter einbrennt.

Nur die ständige Verkleinerung der Strukturen hat die technologischen Fortschritte der letzten Jahrzehnte ermöglicht, denn auf einen Chip bezogen hilft viel eben doch viel. Nämlich viele Transistoren auf gegebenem engen Raum. Das von Intel-Gründer Gordon Moore aufgestellte empirische Gesetz, dass sich alle 12 bis 18 Monate die Anzahl der Transistoren auf einem Chip verdoppele, gilt immer noch.

Allmählich wird es aber kritisch. Schon der nächste Schritt, der hin zum 7-Nanometer-Verfahren, ist mit einer völlig neuen Technologie verbunden, der EUV-Lithografie. Auch hier ist die Wellenlänge des genutzten Lichtes, einem extremen Ultraviolett (daher EUV…) deutlich höher als die produzierten Strukturen groß sind, mit 13,5 Nanometern ist das Licht aber so kurzwellig wie noch nie zuvor in der Produktion.

Derart kurze Wellen entstehen bei der Entladung von Plasma, haben aber den Nachteil, dass sie von Luft schon recht schnell absorbiert werden und die extrem hohe Ansprüche an die Reinheit und Glattheit der Oberflächen von Spiegeloptiken stellen, mit Linsen kann man bei derartigen Wellenlängen ohnehin nicht mehr arbeiten. Wenn es diesmal aber ein wenig länger dauert, bis 7-Nanometer-Chips marktreif sind, liegt das daran. Das Moore’sche Gesetz kann ohnehin nicht mehr lange gültig sein, bei etwa einem bis zwei Nanometern Strukturbreite dürfte mit den heute bekannten Schaltungen Schluss sein. Denn darunter sind die Wellenlängen der darin transportierten Ladungsträger im Vergleich so groß, dass sie nicht mehr genau einer Leiterbahn zuzuordnen sind. Die Quantenmechanik wird den binären Computer also früher oder später eine unüberwindbare Grenze aufzeigen. Und selbst Grundlage für Technologien der Zukunft sein.

Die Frage von heute: 1000 Nanometer, das wissen Sie bestimmt, sind ein Mikrometer, 1000 Mikrometer ein Millimeter. Aber wie sieht es in der anderen Richtung aus? 1 Nanometer sind

  1. 1000 Femtometer

  2. 1000 Attometer 

  3. 1000 Picometer

Wenn Sie die Antwort wissen, tragen Sie diese mitsamt Ihrer Adresse und E-Mail in das  Gewinnspielformular ein, das heute bis 23.59 Uhr geöffnet hat (Link für mobile Nutzer) . Unter den Einsendern der richtigen Antworten verlosen wir:

Die Smarthome-Kamera Somfy One

Somfy One gibt es wahlweise in weiß oder schwarz
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© Somfy

Die All-in-One-Sicherheitslösung Somfy One bietet neben einer Einbruchmeldeanlage mit integrierter 90-dB-Sirene und Zentralalarm eine Full-HD-Kamera mit Nachtsichtfunktion und einen Bewegungsmelder. Auch die Sprachsteuerung über Amazon Echo ist möglich. Dank einer motorisierten Blende, die das Objektiv und das Kamera-Mikrofon individuell verdeckt, wahrt Somfy One die Privatsphäre der Anwender. Macwelt hat die Lösung natürlich auch getestet .

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