Batterien. Diese kleinen Mistkerle sind der Grund, warum wir uns immer noch mit Elektrofahrzeugen herumschlagen und fast täglich unsere Smartphones aufladen. Die gute alte Lithiumbatterie ist mittlerweile Jahrzehnte alt, und obwohl es zahlreiche Weiterentwicklungen wie Festkörperbatterien, Graphen-Kathoden-Batterien, Superkondensatoren etc elektronische Gadgets. Jetzt haben Samsung und IBM einen ganz anderen Ansatz verfolgt. Anstatt zu versuchen, die Batteriekapazität zu erhöhen, entwickeln die Technologiegiganten eine neue Art von Chiparchitektur, die den Energieverbrauch potenziell um bis zu 85 % senken kann. Diese neue Technologie kann Smartphones mit einer einzigen Ladung in den letzten Wochen effektiv helfen und heißt Vertical-Transport Nanosheet Field Effect Transistor (VTFET).
Die meisten modernen Chips (wie der Snapdragon in Ihrem Android-Handy oder der A15-Bionic in Ihrem iPhone) basieren auf Lateral-Transport-Feldeffekttransistoren (finFET). Ohne tief in die Elektronik einzutauchen bedeutet dies, dass die Transistoren im Inneren der Chips auf einer waffelartigen ebenen Fläche angeordnet sind – das Signal wandert sozusagen 2D hin und her.
Das neue VTFET-Design nimmt dieses Design einfach und erweitert es in vertikaler Richtung (ähnlich dem VNAND-Flash, den Samsung herstellt). Durch das Übereinanderlegen von Transistoren konnten IBM und Samsung bestimmte Einschränkungen des herkömmlichen Designs umgehen – bessere Kontaktgröße und Oberfläche bieten und die Gate-Länge der Transistoren optimieren.
Dadurch kann das neue Design auf zwei verschiedene Arten optimiert werden – entweder durch Effizienz – wobei die Leistung in etwa auf dem Niveau moderner ARM-Architekturen wie den oben genannten Snapdragon- und Bionic-Chipsätzen wäre. Aufgrund der gesteigerten Effizienz würde dieser Ansatz jedoch eine bis zu 85 % längere Akkulaufzeit bringen – und das Ladeproblem in der modernen Smartphone-Technologie praktisch lösen.
Der andere Ansatz wäre, die Leistung des Chips zu erhöhen, um dem Energieverbrauch moderner flacher Designs gerecht zu werden. Dieser Weg würde eine Leistungssteigerung von 100 % im Vergleich zu modernen FET-Alternativen ermöglichen.
Natürlich sprechen wir über frühe Laborprototypen, aber Technologieexperten von IBM sagen, dass dieses neue Design das Potenzial hat, „über Nanoblätter hinaus zu skalieren“. Das bedeutet, dass der Übergang von einem einfachen Prototyp zu massenproduzierten Consumer-Chips nicht so schwer sein sollte.
VTFET-Transistorarchitektur – IBM
Die Anwendungsmöglichkeiten dieses neuen Transistordesigns sind endlos – wer braucht da keine Effizienz und mehr Leistung? Abgesehen davon, dass Smartphone-Batterien bis zu einer ganzen Woche halten, könnte das VTFET-Design den Energieverbrauch für das Mining von Krypto senken, und angesichts des Hypes um die Blockchain-Technologie könnte dies enorm sein. Ein weiteres Feld, das den neuen Designs massiv zugutekommen würde, ist das IoT – ermöglicht noch kleinere Geräte, die monatelang laufen können. IBM und Samsung betonen auch, dass dieser neue Durchbruch auch das Mooresche Gesetz (das besagt, dass sich die Transistorzahl alle paar Jahre verdoppelt) erweitern könnte, das in modernen Chips auf Eis gelegt (oder zumindest deutlich verlangsamt) wurde.
Auch hier ist diese Idee den vertikalen NAND-Flash-Speichermodulen sehr ähnlich, bei denen Speicherzellen übereinander gestapelt werden (was eine größere Größe und einen günstigeren Preis pro GB Speicher ermöglicht). Das neue VTFET-Design passt auch zu den Bemühungen von IBM, den Platzbedarf von Transistoren und Chips im Allgemeinen zu reduzieren – das Unternehmen hat bereits im Mai seine 2-nm-Knotentechnologie vorgestellt. Dieser 2-nm-Fertigungsprozess ermöglicht es, bis zu 50 Milliarden Transistoren auf einem fingernagelgroßen Chip zu packen.
Wir sind noch weit davon entfernt, dieses Design in der Unterhaltungselektronik zu sehen, aber die Zukunft sieht rosig aus.
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