Einige allgemeine Fragen

[Gast]

Hallo,

ich versuche mir etwas Fachwissen anzueignen und dabei alles genauestens zu verstehen. Daher jetzt diese vielen - evtl. meist unsinnig erscheinenden - Fragen.

Transistor

Ein gewöhnlicher Transistor schaltet bzw. verstärkt elektrische Ströme und / oder Spannungen. Was sagt mir denn beispielswiese, dass der G70-Chip 303 Millionen Transistoren besitzt? Dass 303 Millionen Schaltungen gleichzeitig durchgeführt werden können?

Fertigungstechnologie in µm

µm ist eine Maßeinheit für die Länge, so wie Meter. Soweit klar. Was hat die Maßeinheit der Länge mit der Fertigungstechnologie zu tun und wieso ist es durch eine kleinere Fertigungstechnologie möglich höhere Taktfrequenzen bei beispielsweise CPUs oder GPUs zu erreichen? Was muss ich mir unter der Aussage "der Chip wurde im 0,11 µm-Verfahren gefertigt", verstehen?

Weitere Fragen werden höchstwahrscheinlich noch folgen.

[Spasstiger]

Was sagt mir denn beispielswiese, dass der G70-Chip 303 Millionen Transistoren besitzt? Dass 303 Millionen Schaltungen gleichzeitig durchgeführt werden können?

Es werden nie alle Transistoren gleichzeitig verwendet. Nur bedeuten mehr Transistoren, dass mehr oder bessere Funktionseinheiten integriert wurden.
Ein Transistor alleine bietet noch keine brauchbare Funktionseinheit.
Um eine Addition von Gleitkommazahlen in 32 Bit Präzision durchzuführen, braucht man schon einen ganzen Batzen von Transistoren. Nun kann man viele solcher Addierer zusammenschalten, um Berechnungen schneller durchzuführen oder um komplexere Rechnungen zügig abzuarbeiten.

Soweit klar. Was hat die Maßeinheit der Länge mit der Fertigungstechnologie zu tun und wieso ist es durch eine kleinere Fertigungstechnologie möglich höhere Taktfrequenzen bei beispielsweise CPUs oder GPUs zu erreichen?

Mit 90nm oder 110nm ist die kleinste Strukturbreite gemeint, die auf dem Chip Verwendung findet. Es ist ja nicht so, dass man richtige Bauteile auf den Siliziumträger drauflötet, sondern die Transistoren und die Leiterbahnen werden mit Hilfe einer Art Schablone in Form von Nicht-Silizium-Atomen direkt ins Silizium hineininjiziert. Die Strukturbreite bestimmt nun, in welcher Größenordnung man noch funktionsfähige Bauteile eininjzieren kann.

Kleinere Strukturbreiten führen zum einen dazu, dass man mehr Chips mit gleichem Materialaufwand fertigen kann, sprich kleinere Strukturbreiten sind wirtschaftlicher, führen zu mehr Umsatz.

Zum anderen kann man bei kleineren Strukturbreiten geringere Spannungen verwenden, da weniger Energieverluste auftreten (kürzere Wege auf dem Chip, da kleinere Strukturen -> weniger Verluste). Und weniger Spannung führt natürlich zu einem gesenkten Stromverbrauch. Allerdings gibt es bei den Strukturbreiten, die inzwischen erreicht werden, Verluste durch ungewollte Elektronenübergänge innerhalb der Schaltung. Irgendwann werden diese Verluste den Gewinn durch die kürzeren Wege übertreffen, dann bringen kleinere Strukturbreiten keinen gesenkten Stromverbrauch mehr.

[TeeKay]

Kleinere Strukturbreiten führen zum einen dazu, dass man mehr Chips mit gleichem Materialaufwand fertigen kann, sprich kleinere Strukturbreiten sind wirtschaftlicher, führen zu mehr Umsatz.

Sie fuehren natuerlich nur zu mehr Umsatz, wenn man die gleiche Anzahl Chips zu hoeheren Preisen oder mehr Chips zu gleichen Preisen verkaufen kann.
Bei gleichem Preis und gleicher Anzahl steigt der Gewinn, allerdings nur, wenn man die immensen Kosten fuer die neue Lithographietechnik nicht beachtet.
Ich halte es fuer falsch, von Strukturbreite auf Kostenstrukturen zu schliessen. Fuer viele Chips ist es sicherlich besser, sie mit alter Technik zu fertigen.

Zum anderen kann man bei kleineren Strukturbreiten geringere Spannungen verwenden, da weniger Energieverluste auftreten (kürzere Wege auf dem Chip, da kleinere Strukturen -> weniger Verluste). Und weniger Spannung führt natürlich zu einem gesenkten Stromverbrauch.

Ich las mal, dass die verringerten Spannungen kein "Kann", sondern ein "Muss" sind. Erscheint logisch, da bei gleichen Spannungen wie beim alten Prozess aber nun duenneren Isolationen die Isolation durchschlagen werden koennte und der Chip damit kaputt waere. Allerdings naehert man sich inzwischen der Grenze, aber der Halbleiter gar nicht mehr funktionieren. Zukuenftig wirds also keine Spannungssenkungen mehr geben. Und wenn man sich mal den Umstieg von 0,13µm auf 0,065µm anguckt, dann gibts da auch kaum noch Senkungen.
Intel stellte in 0,13µm ULV-Prozessoren mit minimal 0,844V (im Betriebszustand) her, mit 0,065µm kommt man selbst in den Schlafzustaenden nur auf 0,8V. Ich glaub ab 0,7V funktionieren Halbleiter nicht mehr.