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AMD goes ARM

Noch vor wenigen Jahren undenkbar: ARM-CTO Mike Muller hält Keynote bei AMD

25. November 2013, 16:51 Uhr | Frank Riemenschneider

ARMs CTO Mike Muller hielt eine Keynote auf AMDs Entwicklerkonferenz APU13.

Mit fast 1.000 Teilnehmern war AMDs Entwicklerkonferenz "APU13" im kalifornischen San Jose besser besucht als jemals zuvor. Dass die Zeiten, in denen AMD eine x86-Prozessor-Firma war, vorbei sind, dokumentierte die Keynote-Rede von ARMs CTO Mike Muller, der über heterogene Prozessor-Systeme sprach.

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Knapp 1.000 Teilnehmer über 3 Konferenz-Tage bedeuteten für AMD einen Rekord - die 2.000 Teilnehmer bei Qualcomms Uplinq-Konferenz oder 6.500 bei ARMs TechCon ganz zu schweigen von Intels Mega-Event IDF zeigen allerdings, dass AMD im Konzert der großen Chip-Hersteller nicht mehr mitspielt.

Um nicht länger im Wettbewerb mit Intel um x86-Prozessoren auf verlorenem Posten zu stehen, entschloss man sich daher schon 2012, zukünftig auch auf ARM-Cores zu setzen - speziell im lukrativen Server-Segment.

ARM-CTO Mike Muller, bekannt dafür, dass er sehr weit in die Zukunft blickt, schwor die Teilnehmer auf Grund der Kostenexplosion in der CMOS-Fertigung zunächst auf den Druck von Dünnschichttransitoren ein.

Ausgehend von 1990 stellte er fest, dass der Fortschritt in der CMOS-Technolgie abgesehen vom Schrumpfen der Fertigungsgeometrien gemäß Moores Law sehr limitiert war: Als Parameter nahm Muller dabei die Ladungsträgermobilität, die den Zusammenhang zwischen einem angelegten elektrischen Feld und der Driftgeschwindigkeit von Ladungsträgern angibt und in cm²/Vs gemessen wird, zu Hilfe. Tatsächlich blieb der NMOS-Wert seit 1990 fast unverändert, während der PMOS-Wert, der 1990 noch rund um Faktor 5 unter dem NMOS-Wert lag, durch die beiden Innovationen “gestrecktes Silizium” und “High-K/Metal-Gate” bis heute knapp unter den NMOS-Wert angehoben werden konnte. Über 20 Jahre gesehen ist die Kurve jedoch relativ flach und um überhaupt noch Fortschritte erzielen zu können, sind große Investitionen z.B. in FinFETs und III-V-Germanium notwendig, abgesehen von EUV-Lithographie und anderen Herausforderungen.

Interessant stellen sich dagegen die Fortschritte bei den Dünnschicht-Transistoren dar: Ausgehend von einer Beweglichkeit von 0,0001 cm²/Vs im Jahr 1990 stieg diese bis heute fast Faktor 100.000 an und liegt nur noch rund Faktor 50 unter den CMOS-Werten (1990 betrug der Abstand Faktor 1 Mio.).

ARM implementierte nach Mullers Worten bereits einen Cortex-M0 mit Dünnschichttransitoren, die Fertigungsgeometrie beträgt 2 µm und die maximale Taktfrequenz nur 20 MHz, allerdings stellte Muller fest, dass ja nicht jede Applikation einen Hochleistungs-Prozessor benötigt.

Den größten Vorteil sieht Muller in Kombination mit Druck- und Imprint-Techniken. Hier kann man feststellen, dass ähnlich wie bei Moores Law die Anzahl der Tropfen/s gestiegen und die Größe dieser von 1985 Jahr über Jahr geschrumpft ist mit einer Verdoppelung bzw. Halbierung ca. alle 5 Jahre. So steht man heute bereits mit Tropfengrößen in der Größenordnung zweistelliger µm-Zahlen und 1 Mrd. Tropfen/s, da es Geräte mit 10.000 Düsen gibt.

Diese beiden Erkenntnisse zusammengeführt schlug Muller daher vor, Dünnschichttransitoren (TFT) zu drucken oder per Imprint (z.B. mittels einer DVD-Prägemaschine) aufzubringen.

Während CMOS pro qm ca. 40.000 Dollar kostet, kostet TFT nur 10 Dollar pro qm, also Faktor 1.000 weniger. Dazu kostet ein Drucker, der bei 350 dpi und 200-µm-Druck eine Geschwindigkeit von 20 m/s erreicht, weniger als 1.000 Dollar. Diese “organische Fertigung” eignet sich speziell für Antennen oder Batterien.

Als Alternative bieten sich laut Muller 2 Mio. teure DVD-Pressen an, die im Vergleich zu den Maschinen in heutigen CMOS-Fabs immer noch billig sind. Mit diesen könnten 50-nm-Strukturen aufgebracht werden, wie man sie heute bei BluRay-DVDs hat.

Wann tatsächlich eine Massenfertigung in TFT zumindest Teile der CMOS-Chips ersetzen können wird, liess Muller freilich offen, über das Forschungsstadium ist offenbar auch ARM noch nicht hinweggekommen.