🔬 Erster Transistor unter einem Nanometer: IBM erweitert die Grenzen von Silizium

Es wurden Transistoren von nur 0,7 Nanometern hergestellt, eine Premiere in der Geschichte der Elektronik. Diese Größe, die der eines Glukosemoleküls entspricht, ermöglicht es, fast 100 Milliarden Transistoren auf einer Fläche so groß wie ein Fingernagel unterzubringen. Ein Technologiesprung, der die Grenzen der Miniaturisierung verschiebt.

Bisher war es ein großes Problem, unter die Zwei-Nanometer-Grenze zu gehen. Elektronen wurden durch Defekte eingefangen oder entkamen aus den Gates, was zu Effizienzverlusten führte. Diese Hindernisse schienen unüberwindbar, um die Chips weiterhin leistungsfähiger zu machen.


Die von IBM entwickelte Lösung basiert auf einer Architektur namens NanoStack. Anstatt die Transistoren flach anzuordnen, stapelt sie sie vertikal wie Stockwerke in einem Wolkenkratzer. Diese Technik, genannt „Nanostacking“, verwendet eine innovative dielektrische Verbindung, um jede Etage zu verbinden und jeden Transistor unabhängig mit Strom zu versorgen.

Erste Tests zeigen spektakuläre Verbesserungen: eine Leistungssteigerung von 50 % und eine Reduzierung des Energieverbrauchs um 70 % im Vergleich zu den besten aktuellen 2-nm-Chips. Auch der SRAM-Speicher, der für schnelle Berechnungen unerlässlich ist, verbessert seine Dichte um 40 %, ein großer Vorteil für künstliche Intelligenz.

Die Zukunft verspricht noch vielversprechender zu sein. Die Forscher schätzen, dass diese Technologie auf Transistoren von 0,1 Nanometern, also mehr als sechsmal kleiner, ausgedehnt werden kann. Das könnte dem Mooreschen Gesetz, das eine regelmäßige Verdopplung der Transistordichte vorhersagt, neuen Auftrieb geben.

Laut Vertretern von IBM stellt diese Architektur keine einfache Verbesserung dar, sondern einen Generationswechsel. Sie soll die aktuellen Technologien innerhalb von fünf bis zehn Jahren ersetzen und zum neuen Standard für Prozessoren und Grafikchips werden.

Das Mooresche Gesetz

Diese Beobachtung von Gordon Moore aus dem Jahr 1965 sagte voraus, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Chip alle zwei Jahre verdoppeln würde, was zu einer Leistungssteigerung und Kostensenkung führt. Jahrzehntelang folgte die Industrie diesem Gesetz, aber mit der extremen Miniaturisierung traten physikalische Grenzen auf.

Quanteneffekte und Stromlecks werden unterhalb von wenigen Nanometern problematisch. Die Hersteller mussten mit 3D-Architekturen wie FinFET und dann Nanosheets innovieren. Der NanoStack von IBM verschiebt die Grenzen weiter und ermöglicht potenziell weitere Fortschritte.

Allerdings sind einige Experten der Meinung, dass das Mooresche Gesetz sich dem Ende nähert. Auch wenn Lösungen wie das vertikale Stapeln eine Atempause verschaffen, könnten Hürden wie Wärmeableitung und Prozessschwankungen den Fortschritt bremsen. Der NanoStack ist daher ein Strohhalm, aber keine ewige Lösung.

Vorläufig ermöglicht diese Innovation, das Tempo zu halten, aber die Industrie erforscht bereits andere Wege wie Siliziumphotonik oder neuromorphes Rechnen, um über die Grenzen von Silizium hinaus Fortschritte zu erzielen.