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Das Mooresche Gesetz Moon Shot
Es scheint eine Tatsache des Lebens zu sein, dass jede neue Generation von Computergeräten deutlich leistungsfähiger sein wird als die vorherige, aber eine drohende technische Hürde droht dies zu untergraben.
Aus diesem Grund gab der weltgrößte Chiphersteller Intel am Montag bekannt, dass er 4 Milliarden US-Dollar in das niederländische Unternehmen ASML investiert hat, das Ausrüstung für die Herstellung von Computerchips herstellt.
Die beiden Unternehmen versuchen in einer Art Silizium-Mondschuss eine Zusammenarbeit mit den größten Computerunternehmen der Welt anzustoßen, um sicherzustellen, dass die Chips immer schneller werden, indem sie die Werkzeuge perfektionieren, die für die Herstellung kleinerer Funktionen auf Siliziumchips erforderlich sind.
Wenn Sie mehr Leute haben, die das Risiko teilen und einen Beitrag leisten, steigt die Erfolgsprognose, während wir uns diesem technologischen Wandel nähern, sagt Robert Bruck, Vice President der Technologie- und Fertigungsgruppe von Intel.
Intel hat vor kurzem seine erste Generation von Chips mit Funktionen von nur 22 Nanometern auf den Markt gebracht. Die derzeitigen Methoden zur Herstellung von Chips werden noch zwei Generationen lang in Ordnung sein – bis zu 14 Nanometer und 11 Nanometer. Das sollte die aktuellen Methoden bis etwa 2013 nützlich halten, aber danach wird eine neue Herstellungstechnologie benötigt. Leider ist der beste Kandidat nicht nur unvollständig, sondern bereits zu spät.
In den nächsten Jahren müssen erhebliche Fortschritte erzielt werden, um mit dem Moore’schen Gesetz Schritt zu halten, einer Vorhersage eines Intel-Mitbegründers, die seit 1975 gilt und die Erwartungen von Verbrauchern und Industrie untermauert, dass Chips immer leistungsfähiger werden. Dieses Gesetz besagt, dass sich die Anzahl der Transistoren, die auf einen Siliziumchip passen, alle zwei Jahre verdoppelt (die erste Version des Gesetzes von 1965 sagte jedes Jahr), was bedeutet, dass ein Chip der gleichen Größe leistungsfähiger ist.
Chipfirmen zeichnen den Fortschritt des Mooreschen Gesetzes auf – und setzen zukünftige Ziele – indem sie die Größe der feinsten Details jeder Chipgeneration vergleichen. Die Ingenieure von Intel und anderen Chipherstellern mussten sich schon immer Gedanken darüber machen, welche technischen Tricks sie sich einfallen lassen können, um diese bemerkenswerte Schrumpfung auf Kurs zu halten. Im Moment starren diese Ingenieure in einen Abgrund.
Die Technologie, die verspricht, das Mooresche Gesetz nach 2013 aufrechtzuerhalten, ist als Extrem-Ultraviolett-(EUV)-Lithographie bekannt. Es verwendet Licht, um ein Muster in eine chemische Schicht auf einem Siliziumwafer zu schreiben, die dann chemisch in das Silizium geätzt wird, um Chipkomponenten herzustellen. EUV-Lithographie verwendet sehr energiereiche ultraviolette Lichtstrahlen, die Röntgenstrahlen näher sind als sichtbares Licht. Das ist attraktiv, weil EUV-Licht eine kurze Wellenlänge hat – etwa 13 Nanometer –, die es ermöglicht, kleinere Details zu erzeugen als das heute in der Lithographie verwendete 193-Nanometer-UV-Licht. Aber EUV hat sich als überraschend schwer zu perfektionieren erwiesen.
Bis 2007 glaubte Intel, dass EUV verwendet werden würde, um die 22-Nanometer-Chips herzustellen, die dieses Jahr herauskamen, entschied sich jedoch stattdessen dafür, Korrekturen vorzunehmen, die die Lebensdauer der Lithographie basierend auf 193-Nanometer-Licht verlängerten. Noch 2010 hoffte das Unternehmen, EUV-Techniken für die noch einige Jahre entfernte 11-Nanometer-Chip-Generation einsetzen zu können, doch einmal mehr sorgten technische Neuerungen dafür, dass die bisherige Lithografie ausgemustert wurde.
Verzögerungen haben auch EUV heimgesucht. Diese stammen hauptsächlich von Unternehmen wie ASML und Nikon, die Lithografiegeräte entwickeln und verkaufen. Eine der größten Herausforderungen bestand darin, ausreichend starke EUV-Lichtquellen herzustellen. Alle Arten von Materie absorbieren Licht bei diesen Wellenlängen, daher muss eine Quelle hell genug sein, um sicherzustellen, dass ausreichend Licht den zu bearbeitenden Wafer erreicht. EUV-Lithografiemaschinen sind so konzipiert, dass der Strahl so weit wie möglich durch ein Vakuum hindurchgeht, damit Luftmoleküle nicht im Weg sind. Es wurden auch spezielle Strukturen entwickelt, um das Licht mit minimaler Absorption zu lenken und zu fokussieren, doch bis der Strahl den zu bearbeitenden Wafer erreicht, sind über 90 Prozent des ursprünglichen EUV-Lichts verloren.
Die vollständigsten Prototypen von ASML können Komponenten auf Siliziumwafern ätzen, haben jedoch Strahlen, die ungefähr halb so stark sind, wie sie für eine wirtschaftliche Massenproduktion von Chips erforderlich wären. Gleichzeitig versucht das Unternehmen, Fortschritte bei der zweiten Generation der EUV-Lithographie-Technologie zu machen, die mithilfe komplexer rekonfigurierbarer Spiegel noch feinere Details auf Chips erzeugen wird. Es wird auch versucht, Siliziumwafer mit etwas mehr als der doppelten Oberfläche der heute verwendeten zu verwenden, damit mehr Chips in einer einzigen Charge hergestellt werden können, aber dies erfordert neue Ausrüstung.
Obwohl sich der Intel-Deal formell auf die nächste Generation von EUV und den Wechsel zu größeren Wafern konzentriert, sollten die damit verbundenen Ressourcen ASML auch dabei helfen, sein unmittelbareres Problem zu lösen. Es gibt eindeutig keine nächste Generation, wenn wir diese Generation nicht zum Laufen bringen, sagt ASML-Sprecher Ryan Young. Wir müssen natürlich zuerst die erste Generation fertigstellen.
In einer Video-Erklärung, die Anfang dieser Woche online gestellt wurde, ermutigte der Finanzvorstand von ASML, Peter Wennink, andere Chiphersteller, sich den Bemühungen zur Unterstützung der Entwicklung von EUV anzuschließen, indem sie ähnliche Abkommen wie die von Intel unterzeichneten für eine 25-prozentige Beteiligung an seinem Lieferanten zurück. Wennink sagte, die gesamte Branche würde die Gewinne aus solchen Vereinbarungen ernten. Es gehe darum, sicherzustellen, dass die Technologie, die für die Chips der nächsten Generation benötigt wird, schneller vorankommt, sagte er. Am Ende profitiert natürlich der Verbraucher.
Samsung und Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, die beiden größten Chiphersteller nach Intel, sind die wahrscheinlich bevorzugten Partner, aber keiner hat bisher öffentlich Interesse signalisiert. Sowohl Intel als auch ASML hoffen, dass diese und andere Unternehmen ihre übliche Konkurrenz beiseite legen und die Finanzmittel und das Know-how bündeln, die erforderlich sind, um die Hürde zu überwinden, die eine kommende Generation von Geräten bedroht.