Warum Mikroprozessoren immer kleiner werden

Mikroprozessoren werden immer schneller und günstiger. Doch wie schaffen es die Forscher und Entwickler bei Intel, immer höhere Rechenleistungen bei geringerem Energieverbrauch zu erzielen? Das Geheimnis liegt zum einen in der Mikroarchitektur der Prozessoren und zum anderen in den Strukturbreiten der Chips. Dank neuer Technologien können die Schaltelemente auf den Prozessoren, die Transistoren, immer kleiner gebaut werden. Diese Miniaturisierung ermöglicht es, immer mehr Transistoren auf engerem Raum unterzubringen.

Die Größe der Bauteile wirkt sich direkt auf den Preis, die Geschwindigkeit, die Temperaturentwicklung und den Stromverbrauch eines Prozessors aus. Kleinere Transistoren sind günstiger in der Herstellung, schalten schneller, benötigen eine geringere Versorgungsspannung, erzeugen weniger Abwärme und haben einen niedrigeren Stromverbrauch.

Die neuesten Intel® Prozessoren in mobilen Computern, Desktop Computern, Workstations und Servern bestehen aus unvorstellbar kleinen Strukturen, die gerade einmal 45 Nanometer messen, in der nächsten Generation werden dies nur noch 32 nm sein. Ein Nanometer (nm) ist ein Milliardstel Meter - das entspricht einer Breite von ungefähr drei benachbarten Atomen in einem Stück Metall. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 90.000nm dick.

Das Mooresche Gesetz
Wie rasant die Miniaturisierung der Transistoren auf einem Mikrochip vorangeschritten ist, zeigt ein Blick auf die Geschichte der Intel Prozessoren. Dieser Entwicklung liegt eine Gesetzmäßigkeit zugrunde, die Gordon Moore, einer der Intel-Gründer, bereits 1965 formuliert hat. Er sagte damals voraus, dass sich die Anzahl der Transistoren pro Fläche etwa alle 24 Monate verdoppeln würde. Dieser Leitsatz, mittlerweile als Mooresches Gesetz bekannt, hat bis heute Bestand. Die Verdoppelung der nutzbaren Oberfläche senkt die Fertigungskosten pro Chip jedes Mal um 30 Prozent. So kostet heute ein Transistor im Durchschnitt nicht mehr als ein gedruckter Buchstabe in der New York Times und aus den 2300 Transistoren von Intels erstem Mikroprozessor 4004 im Jahr 1971 sind mittlerweile 731 Millionen Transistoren beim Intel® Core™ i7 Extreme Prozessor geworden. Die Gültigkeit des Mooreschen Gesetzes bestätigt des Weiteren ein Blick auf Meilensteine der Intel Prozessorentwicklung seit 1999 bis hinein in die nahe Zukunft. Die Verkleinerung der Strukturbreiten auf dem Chip ermöglicht niedrigere Versorgungsspannungen und eine Kombination aus schnelleren und energieeffizienteren Transistoren. Die Einführung neuer Prozessorgenerationen erfolgte stets in einem Zyklus von zwei Jahren:

• 1999: 180nm, Intel® Pentium® 3 Prozessor mit 9,5 Millionen Transistoren
• 2001: 130nm, Intel® Pentium® 4 Prozessor mit 55 Millionen Transistoren
• 2003: 90nm, Intel Pentium 4 Prozessor mit 125 Millionen Transistoren
• 2005: 65nm, Intel® Core™2 Duo Prozessor mit 291 Millionen Transistoren
• 2007: 45nm, Intel Core 2 Duo Prozessoren mit 410 Millionen Transistoren
• 2008: 45nm, Intel Core i7 Prozessoren mit 731 Millionen Transistoren

Intel (NASDAQ: INTC), das weltweit führende Unternehmen im Bereich Halbleiterinnovation, entwickelt Technologien, Produkte und Initiativen, um Leben und Arbeit der Menschen laufend zu verbessern. Weitere Informationen über Intel finden Sie unter http://blogs.intel.com