Eine Handvoll Journalisten durfte in einer Forschungsfabrik von Intel hinter die Kulissen blicken. PC Games Hardware war dabei.

 Moore's langer Schatten

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Irgendwo im Nordwesten der USA, zwischen dem malerischen Willamette-Nationalpark und dem küstennahen Tillamook-Forest, liegt auf der grünen Wiese von Portland eine der modernsten Halbleiterfabriken der Welt: Chiphersteller Intel unterhält hier im US-Staat Oregon einen ganzen Komplex von Forschungsanlagen, darunter die Anlage „D1C“, eine Art Speerspitze der Chipentwicklung.

Die Rückseite der "D1C"-Fabrik

Die Namen der Wälder deuten es an: Hier stehen die digitalen Reißbretter, auf denen zukünftige Prozessoren entworfen werden, hier bauen Ingenieure Transistoren in der Größe eines DNA-Stranges und hier arbeitet man daran, dass „Moore’s Law“ auch in den nächsten zehn Jahren noch Gültigkeit hat. Das Gesetz von Intel-Mitbegründer Gordon Moore besagt, dass sich die Zahl der Transistoren auf Mikrochips alle 18 bis 24 Monate verdoppelt. Was Moore vor mehr als 30 Jahren lediglich beobachtete, ist heute zu einer hohen Messlatte für die Industrie geworden. Immer wieder müssen die Ingenieure einen Wettlauf gegen die Zeit gewinnen und dabei technische und physikalische Hürden überwinden. Dabei verlieren sie schon mal: Moore musste erst 1995 den Zeitrahmen von 12 auf 24 Monate verdoppeln. Derzeit allerdings sieht es nicht schlecht aus: In der „D1C“-Pilotanlage laufen schon die ersten 0,13-Mikrometer-CPUs auf 300-Millimeter-Wafern vom Band. Die Schrumpfkur von den derzeit üblichen 0,18 auf zukünftige 0,13 Mikrometer bringt neben Kosten in Milliardenhöhe vor allem eines: Mehr Transistoren pro Chip – und ein paar Monate Vorsprung vor Moore’s langem Schatten.

Ein Fabrikarbeiter mit einem 300-Millimeter-Wafer

In Portland arbeiten Gerald Marcyk und Tom Garrett daran, dass die Transistoren kleiner und die Stückzahlen größer werden. Währen Marcyk schon Fertigungsprozesse bis zu 0,035 Mikrometer im Visier hat, haben Garrett und sein Team gerade erst Pilotanlagen mit Waferscheiben doppelter Größe in Betrieb genommen. Der Durchmesser der Wafer, auf denen quasi der „Grundriss“ der Chips abgebildet ist, bestimmt maßgeblich die Kosten der Produktion: Je größer die glitzernde Scheibe, desto mehr Platz für Chips. Die Fertigungstechnik ist serienreif, in den nächsten Monaten werden die Portlander Anlagen weltweit in Intels Fabriken kopiert. Gerade der Pentium 4 kann in Zukunft wesentlich günstiger produziert werden. Ein einzelner Chip belegt in der aktuellen 0,18-Fertigungstechnik 217 Quadratmillimeter auf einer Scheibe. Mit der doppelten Wafergröße und einer kleineren Strukturbreite erhöht sich die Ausbeute drastisch. Angenehmer Nebeneffekt: Der Prozessor hat Spielraum für zusätzliche Transistoren, derzeit sind es 42 Millionen.

Ein 130-Nanometer-Transistor

Für Leute wie Justin Rattner kann ein Chip nicht genug Transistoren haben: Der Chef des Labors für Prozessorforschung konstruiert mit seinen Leuten aus schlichten Transistor-Schaltern ganze Rechenwerke; er entscheidet über Cache-Größen, Funktionseinheiten und Pipeline-Längen. „Zukünftige Prozessoren werden ganze Threads parallel abarbeiten“, sagt Rattner, „der Parallelismus bei der Verarbeitung einzelner Befehle ist ausgereizt.“ Die bedrohliche ansteigende Hitzeentwicklung in modernen Prozessoren will Rattner durch eine ausgeklügelte Rotation der Chipaktivität eindämmen. In der Theorie sollen die gefährlichen heißen Punkte auf dem Prozessorkern, die so genannten „Hot Spots“, zukünftig von Einheit zu Einheit „wandern“.

Wenn Moore’s Law weiter gilt, kann Rattner in neun Jahren rund zwei Milliarden Transistoren verbauen, die mit einem Takt von bis zu 50 Gigahertz arbeiten. Die Isolationsschicht eines Transistors wird nur noch drei Atomlagen breit sein, ein Prozessor wird mit 0,6 Volt Spannung arbeiten. Die Signale sollen dann nicht mehr elektrisch, sondern optisch übertragen werden. Die Chips werden so komplex sein, dass die Signale intern nur noch mit Lichtgeschwindigkeit optimal übertragen werden können. Doch ein Problem gibt es dabei noch: Die notwendigen Mikro-Laser für die Photonen-Übertragung müssen erst noch erfunden werden – vielleicht von einem Team aus Portland.


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