ISSCC 2011 Samsungs Chip-Chef will "ökologische Halbleiter-Technologie"

Auf der diesjährigen IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) in San Francisco erläuterte Dr. Oh-Hyun Kwon, President von Samsungs Halbleiter-Geschäft, wo aus Sicht seines Unternehmens neben Prozessoren und Speichern Energie gespart werden kann: Vor allen Dingen die Hersteller von Fab-Tools wurden kritisiert.

Neben den üblichen Feldern für energieeffizientere Prozessoren (Prozesstechnik, Architektur, Design-Methoden, Package) konzentrierte sich Kwon bei seinem Vortrag vor allen Dingen auf Speicher und Produktion - im Jahr 2008 verbrauchten alle Halbleiter-Fabs zusammen 40 TWh, was mehr ist als 10 Millionen Einwohner des US-Bundesstaates Michigan im gleichen Zeitraum verbrannten. Besonders besorgniserregend ist dabei die Tatsache, dass dies 47 % mehr sind als noch 2001 und in den letzten beiden Jahren ein Wachstum von jeweils 7 % gegenüber dem Vorjahr zu verzeichnen ist.

Kritik übte Kwon - in asiatische Diplomatie verpackt - vor allen Dingen an Fab-Tool-Herstellern: Diese konnten zwar in den letzten 4 Jahren die Energieeffizienz pro Wafer um 12,2 % steigern, nichts desto trotz werden im Standby-Modus immer noch 72,9 % der Leistung bei Vollauslastung aufgenommen. Würde man - so die Rechnung von Kwon - es schaffen, im Stand-by-Betrieb auf 50 % kommen, würden pro Jahr 2,32 TWh eingespart.

Weitere Einsparpotentiale gibt es bei den Systemen, die Gase, Kühlwasser (PCW) und Reinwasser bereitstellen und die in Summe für 30 % des Gesamtenergieverbrauchs einer Fab verantwortlich sind. Ein Beispiel sind Spezifikationen für PCW, die von 3 bis 6 kgf/m2 reichen. Hat eine Fab ein zentrales Kühlwassersystem, muss dieses folgerichtig 6 kgf/m2 bereitstellen, was für einige Anwendungen völlig überdimensioniert ist. Durch eine differenzierte Betrachtung könnten laut Kwon alleine hier 20 % Energie eingespart werden.

Auch an den Temperaturen bei der Chipfertigung sollte gearbeitet werden: Würde man es schaffen, von 780 °C auf 300 °C herunterzukommen, könnte die Leistungsaufnahme der Heizelemente um 80% reduziert werden.

Samsung selbst bekam - wen wundert es - primär Lob für seine Anstrenungen in der Speichertechnologie ab: Das neue 30-nm-SRAM von Samsung kann mit 1,35 V betrieben werden und reduziert gegenüber der 50-nm-Generation bei gleicher Speicherkapazität den Energiebedarf im aktiven Modus um 45 % und um 55 % im Stand-by-Betrieb. Durch weitere architektonische Verbesserungen wie Power-Gating reicht sogar eine Versorgungsspannung von 1,25 V, was weitere 30 % im aktiven Modus einspart.

Samsung glaubt, das Schrumpfen der Prozessgeometrie bis 10 nm fortsetzen zu können, was zu Versorgungsspannungen unter 1 V führen wird. Unterhalb von 10 nm soll dann allerdings Schluß sein, da die Definition der Transitoren und Kapazitäten nicht mehr möglich ist. Bis 2020 will Samsung weitere 90 % Energie einsparen, indem man dann auch neue Speichertechnologien wioe PRAM, MRAM und RRAM serienreif hat.

Wenig überraschend ist auch, dass Kwon vorrechnete, wieviel Energie sich durch den Ersatz von Festplatten in Servern durch Flash-Disks (SSD) einsparen lässt, imemrhin ist ja Samsung Marktführer bei NAND-Flash: 70 % Einsparungen sind möglich. Last but not least rechnete Kwon auch vor, was passieren würde, wenn man in allen Servern auf dieser Erde in einer 48 Mbyte-Konfiguration 60-nm-DDR2-RAM (1,8 V) durch 30-nm-DDR3 (1,35 V) und eine 2 TByte-Festplatte durch eine 146-Gbyte-Festplatte plus 1,44 Tbyte SSD ersetzen würde. Es ließen sich178,3 TWh jährlich einsparen, was wirtschaftlich 11,6 Mrd. Dollar und umwelttechnisch 128 Mio. Tonnen CO2-Emissionen entspricht.

Ganz unabhängig von den Halbleitern empfahl Kwon zum Abschluss seiner Keynote noch etwas ganz anderes: Würde man 20 % aller Haushalte mit Solarenergie beheizen und alle Glühlampen auf dieser Erde durch LEDs ersetzen, könnten jährlich mehr als 2500 TWh eingespart werden und mehr als 300 Kernkraftwerke abgeschaltet werden.