Die 5-nm-IC-Generation IBM: Nanosheet-Transistoren statt FinFETs

Schnitt durch die 5-nm-Nanosheet-Transistoren: 30 Milliarden von ihnen passen auf einen Chip.
Schnitt durch die 5-nm-Nanosheet-Transistoren: 30 Milliarden von ihnen passen auf einen Chip.

Nanosheet-Transistoren lösen FinFETs ab: 30 Milliarden 5-nm-Transistoren passen auf einen fingernagelgroßen Chip.

Dieser Chip ereicht eine höhere Leistungsfähigkeit und geringere Leistungsaufnahme als ein IC auf Basis von FinFETs. IBM, Globalfoundries und Samsung haben zusammen mit Equipment-Herstellern diesen Durchbruch in der Fertigungstechnik erzielt und wollen damit Moore´s Law zu weiterer Geltung verhelfen: Details zum ersten Prozess zur Fertigung von Nanosheet-Transistoren haben die Partner in dem Paper »Stacked Nanosheet Gate-All-Around Transistor to Enable Scaling Beyond FinFET« auf dem 2017 Symposia on VLSI Technology and Circuits Congress in Kyoto vorgestellt. Diese neuen Transistoren werden laut IBM auf der 5-nm-Ebene die FinFETs ablösen.

Die in diesem Prozess gefertigten hochleistungsfähigen ICs sollen kognitives Computing erlauben, es also ermöglichen, selbstlernende Systeme zu realisieren und sogar menschliche Denkprozesse zu simulieren. Vor allem aber zielen sie auf den Einsatz in IoT-Systemen, in der AI, der virtuellen Realität  und datenintensive Cloud-Prozessen ab. Weil sie weniger Leistung aufnehmen als bisher erhältliche ICs, können sie die Batterielebensdauer von tragbaren Geräten wie Smartphones deutlich verlängern.

»Kognitive Techniken in Mainframes und die Cloud bringen, genau das ist der Grund, warum IBM einen erheblichen Aufwand betreibt, um mit neuen Materialien und neuen Architekturen die dafür erforderlichen ICs zu entwickeln«, sagt Arvind Krishna, Senior Vice President Hybrid Cloud und Director von IBM Research.

Anstatt herkömmlichen FinFET-Strukturen aufzubauen, arbeiten die Forscher mit übereinander gestapelten Schichten von Nanosheets, um die Transistoren zu realisieren. Jetzt haben sie gezeigt, dass es möglich ist, auf diese Weies 5-nm-ICs zu fertigen, dass sie eine höhere Leistungsfähigkeit erreichen und schon in nicht allzu ferner Zukunft in die Fertigung Einzug halten werden. Verglichen mit den heute besten verfügbaren Chips, die auf Basis von 10-nm-Prozessen gefertigt werden, erreichen die 5-nm-ICs bei gleicher Leistungsaufnahme eine um 40 Prozent höhere Leistungsfähigkeit. Bei gleicher Leistungsfähigkeit sinkt die Leistungsaufnahme um 75 Prozent.