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Auf einen Wafer passen zehnmal mehr Transistoren als es Bäume gibt Irre: Der erste Chip mit 2-Nanometer-Technologie kommt von IBM

Redakteur: Ulrike Ostler

Es ist ein technischer Meilenstein: Der weltweit erste Chip mit 2-Nanometer-Technologie. IBM hat ihn entwickelt.

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Im Bild eher unscheinbar, doch er ist eine Sensation: der 2-Nanometer-Chip von IBM, hier unter den Elektronenmikroskop. 2 Nanometer ist dünner als ein menschlicher DNA-Strang.
Im Bild eher unscheinbar, doch er ist eine Sensation: der 2-Nanometer-Chip von IBM, hier unter den Elektronenmikroskop. 2 Nanometer ist dünner als ein menschlicher DNA-Strang.
(Bild: IBM)

Chips gehören heute zu unserem Alltag und sind in fast jedem Gerät zu finden, das wir nutzen - von Mobiltelefonen, intelligenten Haushaltsgeräten und Autos bis hin zu Servern in Rechenzentren. Und auch in Geräten, auf die wir eher selten Zugriff haben wie Mars-Roboter und Satelliten. Die Nachfrage nach schnelleren und Energie-effizienteren Geräten, die mit Chips betrieben werden, wächst gerade in Zeiten von Künstlicher Intelligenz, Machine Learning, dem Internet der Dinge und Cloud jeden Tag.

Da passt der 2-nm-IBM-Chip. Mit der weltweit kleinsten Architektur hat dieser eine um 45 Prozent höhere Leistung und einen um 75 Prozent niedrigeren Energieverbrauch als die heute verfügbaren 7-nm-Chips.

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Zur Veranschaulichung: Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter. Mit der 2-nm-Technologie können 50 Milliarden Transistoren auf einem Chip von der Größe eines Fingernagels untergebracht werden. Auf einem 300-mm-Chipwafer befinden sich damit fast zehnmal mehr 2-nm-Transistoren als es Bäume - weltweit - gibt.

Die Auswirkungen dürften für jeden spürbar sein

Die Erwartungen sind hoch. „Dieses Chipdesign wird die Grundlage für zukünftige Systeme sowohl von IBM als auch von anderen Herstellern sein“, heißt es von IBM. Die Gründe sind vielfältig und gravierend. Diese Technologie könnte

  • den CO2-Fußabdruck von Rechenzentren verringern, deren Energieverbrauch immer weiter steigt. Wenn jedes Rechenzentrum seine Server auf 2 nm-basierte Prozessoren umstellen würde, könnte man damit genug Energie sparen, um 43 Millionen Haushalte mit Energie zu versorgen, so IBM.
  • Mobiltelefone drastisch beschleunigen: Die 2-nm-Technologie könnte schnelleren Zugang zum Internet, schnellere Apps, bessere Unterstützung bei Realtime-Übersetzungen bis hin zu einer schnelleren 5G- oder 6G-Verbindung bringen.
  • die Akkulaufzeit von Mobiltelefonen vervierfachen.
  • Es bedeutet zudem eine drastische Beschleunigung der Funktionen eines Laptops, von der schnelleren Verarbeitung in Anwendungen über die einfachere Unterstützung bei der Sprachübersetzung bis hin zum schnelleren Internet-Zugang.
  • Und etwa eine schneller Objekterkennung und Reaktionszeit in autonomen Fahrzeugen.

Die 2-nm-Technologie wurde von IBM Research in seinem Forschungszentrum in Albany im US-Bundesstaat New York entwickelt, einem der modernsten Halbleiterforschungseinrichtungen der Welt. Hier hat IBM ein öffentlich-privates Innovationsnetzwerk aufgebaut, zu dem Mitglieder wie Samsung Electronics, der Staat New York und seit kurzem auch Intel gehören, um die Grenzen der so genannten Logikskalierung zu erweitern und die Forschung und Entwicklung in den Bereichen Halbleiter-Design, Prototyping, Packaging und Fertigung voranzutreiben.

Innovation mit Tradition

Mehr Transistoren auf einem Chip bedeuten auch, dass Prozessordesigner mehr Möglichkeiten haben, Innovationen auf Kernebene einzubringen, um die Fähigkeiten für führende Workloads wie KI und Cloud Computing zu verbessern, sowie neue Wege für hardwaregestützte Sicherheit und Verschlüsselung.

Die Chipentwicklung ist keine Neuheit in der IBM-Geschichte. Im Jahr 2015 hatte Big Blue den ersten 7-Nanometer-Testchip entwickelt. Im Jahr 2017 entwickelte das Team einen 5-Nanometer-Testchip, der auf der so genannten Nanosheet-Technologie basiert. Dazu kommen Entwicklungen im Single-Cell-DRAM, die Dennard'schen Skalierungsgesetze, chemisch verstärkte Fotolacke, Kupfer-Interconnect-Verdrahtung, Silizium-auf-Isolator-Technologie, Multi-Core-Mikroprozessoren, High-k-Gate-Dielektrika, Embedded-DRAM und 3D-Chip-Stacking.

Diese Innovationen fließen, so IBM, direkt in die Hardware-Roadmap ein. Der erste 7-nm-basierte Prozessor wird in diesem Jahr im „IBM Power 10-System debütieren.

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