Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

[PCGH-Redaktion]

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[Gamer090]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Verstehe nicht ganz wie er darauf kommt das man auf Grafikkarten genug PLatz für grössere Chips hätte, schon mal unter dem Kühler geschaut? So vil Platz ist da nicht übrig, weil leerer platz Geld kostet!

 

[Laggy.NET]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Gemessen an dem, wie ein paar Jahre Forschung die Zahl der Transistoren bei gleicher Fläche ansteigen lässt ist den Chip zu vergrößern nur ein Tropfen auf dem Heißen Stein, mehr nicht.

Vergrößern kann man vielleicht um das 2-3-fache, dann ist Schluss, weils unpraktisch wird.
Durch Miniaturisierung wurde die Zahl in den letzten 17 Jahren aber um das 114-fache gesteigert. (Pentium 4 vs Ryzen).

Was sinnvoller ist, sollte klar sein. Größere Dies würden uns rein theoretisch ein paar Jahre "Vorprung" geben. Aber nur einmalig. Mit dem Nachteil, dass nun (für immer) viel größere Dies genutzt werden müssen.
Ist doch dämlich... Zumal das kein Fortschritt ist, wenn man einfach nur die "Bedingungen" lockert.

Ist genauso, als würde man bei Autos den Tank vergrößern, um weiter fahren zu können. Was soll das bringen? Das ist kein Fortschritt.

 

[Crackpipeboy]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Sehr schöne Antwort von Stephan. Sehr informativ!

 

[Thorbald35]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Naja, wenn es Sinnvoll wäre, könnte man schon locker doppelt so große Chips auf die Platinen bringen, oder noch größer. Sonst wären die Grafikkarten Hersteller ja auch auf HBM angewiesen, verbauen aber munter die im Vergleich riesigen GDDR5X etc. Und so lange Platinen kürzer als ihre Kühler sind, ist da noch mehr Platz für GPUs als wir jemals zu Zahlen bereit wären.

Dass "bald" mit 7 NM ne physikalische Grenze erreicht wird, mag stimmen, vielleicht aber auch nicht. So weit ich mich erinnere hielt man 14 NM auch für un machbar. Ich glaube aber es gibt noch alternative Möglichkeiten, wenn man Silizium den Rücken kehrt und sich neuem zuwendet.

Vielleicht ist es aber auch die X86/64 er Architektur, von der man sich im Sinne des Fortschritts abwenden muss, ist immerhin schon gut 40 Jahre alt...

 

[Kaby-Lame]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Es gibt ja auch noch Kohlenstoffnanoröhrchen Transistoren. Mein letzter Kentnisstand war, dass das die Zukunft ist (hier mal ein interessanter Artikel TREND Transistoren: Kohlenstoff schlagt erstmals Silizium - electronica Blog). Diese Technik ist scheinbar aber noch lange nicht ausgereift, mittelfristig werden die Dies wohl wachsen.

 

[scorplord]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Naja, wenn es Sinnvoll wäre, könnte man schon locker doppelt so große Chips auf die Platinen bringen, oder noch größer. Sonst wären die Grafikkarten Hersteller ja auch auf HBM angewiesen, verbauen aber munter die im Vergleich riesigen GDDR5X etc. Und so lange Platinen kürzer als ihre Kühler sind, ist da noch mehr Platz für GPUs als wir jemals zu Zahlen bereit wären.

Dass "bald" mit 7 NM ne physikalische Grenze erreicht wird, mag stimmen, vielleicht aber auch nicht. So weit ich mich erinnere hielt man 14 NM auch für un machbar. Ich glaube aber es gibt noch alternative Möglichkeiten, wenn man Silizium den Rücken kehrt und sich neuem zuwendet.

Vielleicht ist es aber auch die X86 er Architektur, von der man sich im Sinne des Fortschritts abwenden muss...

Das unmachbar kommt aber daher das früher die nm Angaben wirkliche Größen waren. Heute nimmt man zwar auch die nm Angaben aber nur im Vergleich zu früher. Also um zu sagen die halbe Gatebreite müsste bei früherer Fertigung so viele nm sein um den gleichen Flächenverbrauch zu haben insgesamt. Da kommt eben eine sehr harte physikalische Grenze weil man nicht kleiner als ein Atom werden kann.
Heute sind die Strukturbreiten die bei der Fertigung angegeben werden nur Marketinggrößen und eben "Vergleiche" mit früher wenn man das so sagen kann. Die Transistoren werden ganz anders aufgebaut heute (guck dir mal Schaubilder zu FIN-Fets an)

 

[Incredible Alk]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Dass "bald" mit 7 NM ne physikalische Grenze erreicht wird, mag stimmen, vielleicht aber auch nicht. So weit ich mich erinnere hielt man 14 NM auch für un machbar.

Es kommt darauf an ob man von Marketingnamen spricht "7nm-Prozess", oder von tatsächlichen Strukturgrößen ("14 nm").
Denn echte 14 nm sind nach wie vor im Bereich von unmachbar. Die aktuellen 14nm-Chips haben reale Strukturgrößen im Bereich von 50 echten nanometern. Der "7nm-Prozess" wird dann in der Größenordnung von echten 25-40nm liegen. Unter 20 echten Nanometern ist tatsächlich aktuell nicht denkbar, selbst mit EUV nicht. Und selbst wenns herstellbar wäre sind die Tunneleffekte wohl zu groß - bei unter 20nm können wohl zu viele Elektronen einfach umherspringen wie sie wollen.

Bedenke: Die Namen der Prozesse haben mit echten Strukturgrößen nichts mehr zu tun.
Siehe auch: https://www.3dcenter.org/dateien/abbildungen/Fertigungsnodes-im-Vergleich.png

 

[Oberst Klink]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Da gibt es eigentlich nicht viel zu deuteln. Wenn es wirklich was bringen würde größere Chips zu fertigen, würden es die Hersteller längst tun. Der Fakt, dass sie es nicht tun zeigt an sich schon, dass es zu teuer und unrentabel wäre.

 

[Bunny_Joe]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Da gibt es eigentlich nicht viel zu deuteln. Wenn es wirklich was bringen würde größere Chips zu fertigen, würden es die Hersteller längst tun. Der Fakt, dass sie es nicht tun zeigt an sich schon, dass es zu teuer und unrentabel wäre.

Richtig.
Wie man an AMDs Naples sieht lohnt sichs eben kleinere Dies zu einem Package zu verbinden. Es geht halt um die Ausbeute.

 

[Thorbald35]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Das unmachbar kommt aber daher das früher die nm Angaben wirkliche Größen waren. Heute nimmt man zwar auch die nm Angaben aber nur im Vergleich zu früher. Also um zu sagen die halbe Gatebreite müsste bei früherer Fertigung so viele nm sein um den gleichen Flächenverbrauch zu haben insgesamt. Da kommt eben eine sehr harte physikalische Grenze weil man nicht kleiner als ein Atom werden kann.
Heute sind die Strukturbreiten die bei der Fertigung angegeben werden nur Marketinggrößen und eben "Vergleiche" mit früher wenn man das so sagen kann. Die Transistoren werden ganz anders aufgebaut heute (guck dir mal Schaubilder zu FIN-Fets an)

Schon klar, deswegen bin ich mir auch nicht sicher, ob <7NM nicht doch kommt, weil man, was immer es tatsächlich ist, es ja einfach z.B. 4 NM nennen könnte. Und darüber hinaus behaupte ich, dass sich aktuelle Grenzen auf bisherige Verfahren und Materialen beziehen.
Versteh mich net falsch, ich glaube nicht an Magie und akzeptiere Physik, aber ich habe schon von einem anderen Produktionsprozess gelesen, bei dem man einfach direkt stempelt und gar nichts mehr mit dem Laser rausbrennen muß. Angeblich bis ca. 8nm schon im nächsten oder übernächsten Jahr verfügbar.
Ob das irgendwie noch rentabel geht, steht auf einem anderen Blatt.

Aber da wir von Atomgrößen von etwa 0,25 NM sprechen, dürfte zumindest theoretisch noch etwas Luft sein.

PS: Wenn Incredible Alk was anderes sagt, bin ich indessen geneigt ihm zu glauben - ist offenbar nen recht informierter Mensch...

 

[Oberst Klink]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Richtig.
Wie man an AMDs Naples sieht lohnt sichs eben kleinere Dies zu einem Package zu verbinden. Es geht halt um die Ausbeute.

Deshalb setzen die meisten Hersteller bei verschiedenen Chip-Varianten ja auch auf verschieden große DIES, etwa nVidia oder Intel. Soweit mir bekannt gibt es bei Ryzen nur einen DIE, aber das dürfte AMD auch nur wenig stören da man wohl sowieso viele Acht- und Sechskerner verkaufen wird. Somit ist es da nicht so dramatisch, wenn man viele teildefekte Chips hat. Außerdem ist bei AMD die Packdichte ja etwas höher als bei Intel. Würde Intel das genau so tun, hätten sie eine menge Ausschuss oder müssten neue Modelle einführen, um diesen Ausschuss günstig zu verkaufen. Deren Produktpalette ist ja eher auf Quadcores ausgerichtet.

@Thorbald35: Theoretisch könnte man ja, sofern ich das richtig verstanden habe, mit EUV Strukturen bis 6,75 nm Größe erzeugen, da EUV ja eine Wellenlänge von 13,5 nm hat. Also rein von der Belichtung wäre es schon möglich, nur machen da andere physikalische Gesetze dem Ganzen vorher einen Strich durch die Rechnung, sprich die Leckströme.
Der Aufwand der betrieben wird um EUV-Licht zu erzeugen ist schon enorm. Mit 30 KW Laserleistung ballert man auf winzige Zinntröpfchen und bekommt am Ende wenige Watt heraus, so zwischen 30 und 250. Wobei die 250 Watt ungefähr der erforderlichen Laserleistung für die fertige Produktion entsprechen.

 

[scorplord]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Schon klar, deswegen bin ich mir auch nicht sicher, ob <7NM nicht doch kommt, weil man, was immer es tatsächlich ist, es ja einfach z.B. 4 NM nennen könnte. Und darüber hinaus behaupte ich, dass sich aktuelle Grenzen auf bisherige Verfahren und Materialen beziehen.
Versteh mich net falsch, ich glaube nicht an Magie und akzeptiere Physik, aber ich habe schon von einem anderen Produktionsprozess gelesen, bei dem man einfach direkt stempelt und gar nichts mehr mit dem Laser rausbrennen muß. Angeblich bis ca. 8nm schon im nächsten oder übernächsten Jahr verfügbar.
Ob das irgendwie noch rentabel geht, steht auf einem anderen Blatt.

Aber da wir von Atomgrößen von etwa 0,25 NM sprechen, dürfte zumindest theoretisch noch etwas Luft sein.

PS: Wenn Incredible Alk was anderes sagt, bin ich indessen geneigt ihm zu glauben - ist offenbar nen recht informierter Mensch...

Er hat auch recht^^
Ich bin direkt an die "harte" Grenze gegangen mit einem Atom aber Tunneleffekte waren schon immer das größte Problem bei der Halbleiterfertigung in diesen niedrigen Strukturbreiten.
Problem ist nämlich das diese exponentiell zunehmen bei der Verkleinerung.
Falls es dich interessiert: Tunneleffekt – Wikipedia

 

[cPT_cAPSLOCK]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Schon klar, deswegen bin ich mir auch nicht sicher, ob <7NM nicht doch kommt, weil man, was immer es tatsächlich ist, es ja einfach z.B. 4 NM nennen könnte. Und darüber hinaus behaupte ich, dass sich aktuelle Grenzen auf bisherige Verfahren und Materialen beziehen.
Versteh mich net falsch, ich glaube nicht an Magie und akzeptiere Physik, aber ich habe schon von einem anderen Produktionsprozess gelesen, bei dem man einfach direkt stempelt und gar nichts mehr mit dem Laser rausbrennen muß. Angeblich bis ca. 8nm schon im nächsten oder übernächsten Jahr verfügbar.
Ob das irgendwie noch rentabel geht, steht auf einem anderen Blatt.

Aber da wir von Atomgrößen von etwa 0,25 NM sprechen, dkürfte zumindest theoretisch noch etwas Luft sein.

PS: Wenn Incredible Alk was anderes sagt, bin ich indessen geneigt ihm zu glauben - ist offenbar nen recht informierter Mensch...

Diese Grenze bezieht sich auf den MOSFET als Transistorbauform. Wenn das Kanalgebiet nur noch einen Bruchteil eines Nanometers groß ist, kann die Energiebarriere (=Kanalgebiet) noch so hoch sein, einen Tunnelstrom kann man dann einfach nicht mehr unterbinden. Dementsprechend werden MOSFETs in dieser Größenordnung nicht mehr funktionieren. Nach aktuellem Kenntnisstand wird der Fin-FET oder GAA-FET im 7 nm-Verfahren der Letzte seiner Art sein, der noch eine Transistorfunktion zufriedenstellend erreichen kann. Dann ist der Silizium-MOSFET am Ende. Früher hat man das immer gesagt, wenn z.B. das Gate nicht mehr als elektrostatische Barriere funktioniert hat (bzw. Gatekurzschluss durch Tunneln - mal wieder), deswegen haben wir mittlerweile High-K-Gatedielektrika, aber bei den 7nm sprechen wir davon, dass der eigentliche Transistor, die Barriere zum Sperren eines Stroms, nicht mehr funktional ist. Wenn das nicht mehr gewährleistet ist, ist es der Sargnagel für jede Transistortechnologie.
Was nach dem MOSFET kommt, wird sich zeigen. Einen wirklich heißen Anwärter gibt es meines Wissens nach noch nicht.
gRU?; cAPS

 

[Thorbald35]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Er hat auch recht^^
Ich bin direkt an die "harte" Grenze gegangen mit einem Atom aber Tunneleffekte waren schon immer das größte Problem bei der Halbleiterfertigung in diesen niedrigen Strukturbreiten.
Problem ist nämlich das diese exponentiell zunehmen bei der Verkleinerung.
Falls es dich interessiert: Tunneleffekt – Wikipedia

Kleiner als 12nm sind mit herkömmlicher UV-Belichtung kaum möglich, nach dem was ich gelesen habe, Grundsätzlich geht dies nur über die Verkürzung der Wellenlänge bei der Belichtung, also Röntgenstrahlung oder den Lichtgang mit einer Flüssigkeit fluten der die Wellenlänge "streckt". Das Stempelverfahren, viel konnte ich nicht dazu finden, außer dass es theoretisch ~ 1-2 NM Strukturbreite erlaubt, ginge auch. Kleinere Strukturen gehen also, ändert aber leider so gar nichts an der Elektromigration.

Was denkt ihr also, wird die Architektur völlig umgekrempelt - ist da noch viel Potenzial oder und werden Chips doch größer?


PS: Ein Witz der mir hierzu begegnet ist:

Einer deutschen Firma ist es in einem neuen Verfahren gelungen,
den ihrer Meinung nach dünnsten Draht der Welt herzustellen.

Da man glaubt, einen Rekord gebrochen zu haben, wird ein Draht-Muster mit der Bitte um ein Gutachten nach Japan geschickt.

Nach einer Woche kommt ein Paket zurück.

Drinnen ist der Draht und ein Brief:

"(...) Ihr Paket haben wir erhalten,
es enthielt jedoch nur eine Materialprobe ohne Begleitschreiben.
Da wir uns nicht sicher waren was sie von uns wünschen,
haben wir zu Versuchszwecken das eine Ende des Drahtes
aufgebohrt und ein Innengewinde hineingeschnitten.
Anbei senden wir ihnen die Materialprobe zurück."

 

[SaftSpalte]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Würde mich Interessieren ob es was bringen würde die Cpu eine Art Kupferring anzubringen die seitlich ca 5 mm auf jeder seite die cpufläche vergrößert. Würde bestimmt noch 2-5 Grad bringen Den Headspreader aus Kupfer

 

[Casurin]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Größere Strukturen..... dann sind wir wieder ebi alten Pentium 4 zeiten. Mit großen Strukturen kann man nur bis zu einer gewissen Geschwindigkeit kommen. Wir sind seit damals bei 3GHz, da kommt ein Signal keine 10 cm weit. Jeder Transistor braucht Zeit durchzuschalten - je kleiner man die Schaltstellen machen kann, desto effizienter und schneller kann man sie auch betreiben.

Und es kommt auch darauf an was genau man machen will. klar, ion einigen bereichen ist es durchaus sinnvoll größer zu bauen, zB in der Analogtechnik wo man noch bei duzenten Micrometern ist.

Was sollte man sich von dickeren Bauteilen bei einer CPU erhoffen? Die gleiche Schaltung braucht jetzt mehr Platz. Dikere Leitungen haben weniger Widerstand, also dadurch etwas weniger Stromverbrauch.
Aber der Hauptverbrauch entsteht durch das Umschalten der Transistoren. Je kleiner man sie machen kann, desto weniger Energie benötigt das, den das schlaten ist wie das Laden eines Kondensators - und die benötigte Energie steigt mit der Fläche. Wenn man also den Schalter doppelt so groß macht, braucht er 4fach so viel Strom.

Für CPUs führt derzeit kein Weg an Strukturverkleinerung vorbei.



Und wie schon erwähnt wurde gibt es da eben auch ein unteres Limit für Silizium. Es gibt zwar ein paar kandidaten am Horizont, nur das wird noch dauern.



Ich finde ja den Verlinketen Artikel richtig Ulkig, kommt einem so vor als hätte das ein 10jähriger geschrieben so blauäugig wird dahingeträumt.
da wird gerechnet als gäbe es absolut 0 verschnitt, als wäre Speicheranbindung und datendurchsatz so leicht zu erreichen usw. Einfach herrlich naiv.

 

[Incredible Alk]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Würde bestimmt noch 2-5 Grad bringen Den Headspreader aus Kupfer

Heatspreader sind aus Kupfer. Sie sind nur mit einer sehr dünnen Schicht Nickel überzogen um Korrosion zu vermeiden.

 

[Oberst Klink]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Würde mich Interessieren ob es was bringen würde die Cpu eine Art Kupferring anzubringen die seitlich ca 5 mm auf jeder seite die cpufläche vergrößert. Würde bestimmt noch 2-5 Grad bringen Den Headspreader aus Kupfer

Dann könnte man auch einfach eine Verdiefung in der Größe des CPU-DIEs in den Heatspreader fräsen. Bringen würde es aber so gut wie gar nichts, da die Kontaktfläche an den Seiten vernachlässigbar gering ist. Wenn, dann müsste man schon den DIE selbst größer machen, also quasi einen funkionslosen Rand anlegen. Würde die CPU aber auch nur unnötig teuer machen.

 

[SaftSpalte]

AW: Chipfertigung: Besser größere Dies statt kleinere Strukturen? Leserbrief der Woche

Heatspreader sind aus Kupfer. Sie sind nur mit einer sehr dünnen Schicht Nickel überzogen um Korrosion zu vermeiden.

gut zu wissen. Hatte mir nie darüber gedanken gemacht hätte eher auf Alu getippt