Intel hat in der Fertigungstechnologie für Chips der nächsten Generation durch die Entwicklung voll funktionsfähiger 70-Megabit-SRAM-Chips (Static Random Access Memory) mit mehr als einer halben Milliarde Transistoren einen beachtlichen Meilenstein erreicht. Die neuen Chips wurden unter Einsatz der weltweit fortschrittlichsten 65-Nanometer-Prozesstechnologie hergestellt. Mit dieser Leistung setzt Intel seine Bestrebungen fort, gemäß dem Mooreschen Gesetz alle zwei Jahre eine neue Fertigungstechnologie einzuführen.

Die Transistoren der neuen 65-nm-Technologie (ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter) verwenden Gates (die Schalter, mit denen ein Transistor ein- bzw. ausgeschaltet wird) mit einer Länge von 35 nm, womit sie in etwa 30 Prozent kleiner sind als die in der 90-nm-Technologie eingesetzten Gates. Etwa 100 dieser Gates würden in den Durchmesser eines roten Blutkörperchens passen.

Mit der neuen Prozesstechnologie lassen sich noch mehr der winzigen Transistoren auf einem einzelnen Chip unterbringen. Sie bildet die Grundlage für die zukünftige Fertigung von Multi-Core-Prozessoren und ermöglicht Intel die Integration innovativer Funktionen – wie Virtualisierung oder Sicherheitsfunktionen – in zukünftigen Produkten. Intels neue 65-nm-Prozesstechnologie beinhaltet darüber hinaus einige einzigartige Merkmale zur Reduzierung der Leistungsaufnahme und zur Steigerung der Leistungsfähigkeit.

„Intel verzeichnet weiterhin Erfolge bei der Verkleinerung der Chipstrukturen durch Innovation mit neuen Materialien, Prozesstechnologien und Halbleiterstrukturen“, sagte Sunlin Chou, Senior Vice President und General Manager der Intel Technology and Manufacturing Group. „Intels 65-nm-Prozesstechnologie zeichnet sich aus durch industrieweit führende Packungsdichte, hohe Leistung und Energiesparfunktionen und legt damit die Basis für zukünftige Chips mit verbesserten Eigenschaften und höherer Rechenleistung. Unsere 65-nm-Technologie liegt im Zeitplan für eine Einführung in 2005 und verlängert so die Gültigkeit des Mooreschen Gesetzes.“

Im November 2003 stellte Intel mit Hilfe der 65-nm-Prozesstechnologie SRAM-Chips mit 4 Mbit her. Seitdem hat das Unternehmen die Techniken verfeinert und nun SRAM-Chips mit 70 Mbit und einer Chipfläche von nur 110 Quadratmillimetern gefertigt (siehe Foto oben). Kleine SRAM-Speicherzellen ermöglichen die Integration eines größeren Cache auf Mikroprozessoren und erhöhen so die Rechenleistung. Jede SRAM-Speicherzelle verfügt über sechs Transistoren, die auf einer Fläche von nur 0,57 Quadratmikrometer untergebracht sind (siehe Foto unten). Rund 10 Millionen solcher Transistoren würden auf einen Quadratmillimeter passen, was ungefähr der Fläche einer Kugelschreiberspitze entspricht.

Das Mooresche Gesetz besagt, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Chip etwa alle zwei Jahre verdoppelt. Dank dieser Entwicklung lassen sich Halbleiterbauelemente mit immer mehr Funktionen und immer höherer Leistungsfähigkeit bei gleich bleibenden oder sogar niedrigeren Kosten herstellen. Kleinere Transistoren gehen jedoch mit wachsenden Problemen bei Stromverbrauch und Wärmeentwicklung einher. Für weiteren Fortschritt ist daher der Einsatz neuer Funktionen, Techniken und Strukturen notwendig. Um Stromverbrauch und Wärmeabgabe zu kontrollieren, hat Intel bei der 65-nm-Technologie spezielle Stromspartechniken implementiert. Diese Merkmale sind ein entscheidendes Kriterium für die zukünftige Entwicklung stromsparender Computer- und Kommunikationskomponenten.

Intel hat seine führende Strained-Silicon  -Technologie (gestrecktes Silizium), die bereits für die 90-nm-Prozesstechnologie eingesetzt wurde, für die 65-nm-Technologie weiter entwickelt. Intels zweite Generation von gestrecktem Silizium verbessert die Transistorleistung um etwa 10 bis 15 Prozent, ohne dabei die Leckströme zu erhöhen. Alternativ dazu lassen sich mit dieser Technik bei gleich bleibender Transistorleistung die Leckströme im Vergleich zu 90-nm-Transistoren auf ein Viertel reduzieren. Somit bieten die Transistoren aus Intels 65-nm-Technologie eine verbesserte Leistung, ohne die Leckströme deutlich anzuheben (höhere Leckströme führen zu größerer Wärmeentwicklung).

Intels Transistoren der 65-nm-Fertigung haben eine geringere Gate-Länge von nur 35 nm und das Gate-Oxid ist 1,2 nm dünn – zusammen führt das zu erhöhter Leistung bei reduzierter Gate-Kapazität. Die geringere Gate-Kapazität resultiert letztendlich im geringeren Stromverbrauch eines Chips. Die neue Fertigung verwendet acht Kupfer-Metalllagen (siehe Foto) und nutzt zwischen diesen Metalllagen eine Isolierschicht mit geringer Dielektrizität („Low-K“), was die Signalgeschwindigkeit innerhalb eines Chips erhöht und den Stromverbrauch verringert.

Intel hat in die 65-nm-SRAM-Zellen auch so genannte Sleep-Transistoren integriert. Diese speziellen Transistoren schalten den Stromfluss zu größeren SRAM-Blöcken ab, wenn diese nicht gebraucht werden. Dadurch wird der Stromverbrauch auf einem Chip stark reduziert. Vor allem batteriebetriebene Geräte, wie Notebooks, profitieren von dieser Funktion.

„Intel arbeitet aktiv an Lösungen für die Problembereiche der Leistungsaufnahme und Wärmeabgabe in der Halbleiterindustrie“, fügt Chou hinzu. „Wir verfolgen einen ganzheitlichen Ansatz, der Systeme, Chips und Technologien einbezieht. Die Neuerungen bei unserer 65-nm-Fertigung gehen über einfache Erweiterungen bekannter Techniken hinaus.“

Wählen Sie aus den folgenden Ressourcen aus, um mehr über die Geschichte, die Anwendungsbereiche und die Zukunft des Mooreschen Gesetzes zu erfahren.

• Innovative Intel Halbleitertechnologien: Neue Lösungen für die digitale Welt  [PDF, 909 KB]
• Wie können mehr Komponenten auf einem Chip integriert werden  [PDF, 167 KB] Gordon E. Moore, Electronics, 19. April 1965
• Keine Exponentialkurve gilt in alle Ewigkeit... aber wir können die „Ewigkeit“ etwas hinauszögern  [PDF, 2 MB]
  Gordon E. Moore, Präsentation bei der International Solid State Circuits Conference (ISSCC), 10. Februar 2003
• Moore gibt sich optimistisch zur Gültigkeit des Mooreschen Gesetzes 
• Biografie von Gordon E. Moore