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Hardwareentwicklung: Technologieknoten

Foto: pixabay.com
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Der Begriff Technologieknoten bezeichnet in der Halbleitertechnik eine wahre Revolution, nämlich die kleinste fotolithografisch herstellbare Strukturgröße. Diese hat sich innerhalb der letzten Jahrzehnte stark verändert. Die Entwicklung der Technologieknoten und ihre Hintergründe wird im folgenden Artikel näher behandelt.

 

Hintergründe

Die Benennung der jeweiligen Technologieknotengeneration (Bsp.: 180nm) bezieht sich auf den Half Pitch von DRAM-Bauelementen wie beispielsweise dem Abstand zweier Leiterbahnen. Diese Angabe beschreibt jedoch nicht direkt die kleinste fotolithografische Struktur, da es sich lediglich um den halben Abstand handelt (daher auch „Half Pitch“). So kann die Gatelänge eines 65nm-Prozeses auch kleiner sein als 65nm und lässt keine unmittelbaren Rückschlüsse auf die tatsächliche Strukturgröße zu.

Des Weiteren ist zu beachten, dass die Technik der Hersteller grundlegend unterschiedlich ausfallen kann und so nicht untereinander vergleichbar ist. Beispiele hierfür sind die Materialwahl sowie die High-k+Metal-Gate-Technik. Ebenfalls nutzt nicht jeder Hersteller die Benennung seiner Produkte mittels Technologieknoten-Kennung, da es nicht zwingend vorgeschrieben ist.

Von 180nm zu 14nm in 15 Jahren

Im Jahr 1999 wurde die erste nm-Struktur eingeführt. Von nun an waren 180nm das Maß der Dinge. Die wesentliche Neuerung bestand in der Materialwahl (Kupfer statt Aluminium), womit auch einige zusätzliche Prozessschritte notwendig wurden, um die notwendigen Rahmenbedingungen zu schaffen. Innerhalb der folgenden zehn Jahre war es möglich, die Fertigungsprozesse bis auf die 45nm-Größe zu schrumpfen. Die neu eingeführte High-k+Metal-Gate-Technik ist seither kaum noch wegzudenken. Sie ermöglicht eine deutlich kleinere Bauweise und völlig neue Anwendungsbereiche der Halbleitertechnik. Zudem konnten Leckströme durch Tunneleffekte am Transistor deutlich reduziert werden.

Die kurze Zeit später folgende 32nm-Technik kombinierte die Immersionslithografie mit dem Double-Patterning-Verfahren. Zuvor wurden zwar schon beide Verfahren genutzt, jedoch mussten sie nun beide zusammen eingesetzt werden, um eine prozesssichere Fertigung zu gewährleisten. Die Paradebeispiele für 32nm-Prozessoren sind Intels i3- und i5-CPUs.

Spätestens nach 2010 wurde deutlich, wie schnell nun die Weiterentwicklung der Technologieknoten vorangeschritten war und dass ihre Wachstumsgeschwindigkeit exponentiell zunahm. Innerhalb der folgenden vier Jahre wurde eine weitere Verkleinerung der Strukturgröße auf 14nm möglich (Intel Broadwell). Der Hersteller Intel konnte sich in den vergangenen Jahrzehnten deutlich von der Konkurrenz absetzen und gilt heute als Marktführer.

Ein großer Schritt war die Umstellung vom Planarprozess auf den Einsatz von Multigate-Feldeffekttransistoren. So konnten Leckströme weiter minimiert werden, wodurch derart kleine Strukturgrößen erst ermöglicht wurden.

Für den Alltag bedeuten die enormen Änderungen in der Halbleitertechnik vor allem, dass immer mehr Rechenleistung in immer kleiner werdenden Formfaktoren angeboten werden kann, was einen gewaltigen Facettenreichtum bzgl. der Anwendungsgebiete mit sich bringt. Viele Experten sind sich sicher, dass eine weitere Verkleinerung der Strukturgrößen kaum mehr möglich ist. Ob und wie sich die Technologieknoten weiter verändern, werden die nächsten Jahre zeigen.

 

 

Internet of Things

01 - IoT
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Das Internet der Dinge (IoT) hat innerhalb der letzten Jahre für jede Menge Trubel und Wachstum gesorgt. Durch die Vernetzung von Alltagsgegenständen ergaben sich völlig neue Anwendungsgebiete von Netzwerktechnologien und sorgten für glückliche Verbraucher und volle Taschen bei den Herstellern.

 

Von Fitness, Ressourcenverwaltung, Organisation und Co.

Überall findet das IoT Anwendung, egal ob im Fitnessarmband des Freizeitsportlers, der Ressourcenverwaltung von Kommunen und Ländern sowie unzähligen Geräten, die bei der generellen Organisation des Alltags behilflich sind.

Das Ziel des Internets der Dinge ist es, die Informationslücke zwischen der realen und virtuellen Welt zu minimieren. Diese Informationslücke besteht, weil in der realen Welt Dinge tatsächlich einen bestimmten Zustand haben (z. B. „Luft ist kalt“, „Druckertoner ist voll“), dieser Zustand im Internet jedoch nicht bekannt ist. Ziel ist also, dass viele reale Dinge die eigenen Zustandsinformationen für die Weiterverarbeitung im Netzwerk zur Verfügung stellen.

Stets im Fokus sind Transparenz und Effizienz. Alles zu jeder Zeit und von jedem Ort aus managen zu können, von der Heizung bis zur Eieruhr, das verspricht das IoT und der Verbraucher liebt es. Die großen Tech-Unternehmen zeigten wahre Kreativität und brachten allerhand neuer Hardware auf den Markt und kombinierten diese mit passenden Apps und Anwendungen. Eine wahre Goldgrube mit nach wie vor jeder Menge Potential.

Ein Statement zum Internet of Things aus der Sicht des Tech-Riesen IBM finden Sie in diesem Video:

Das Internet der Dinge in der Industrie

Auch Industriekonzerne wie Bosch, Siemens und viele weitere machen sich die Neuerungen zunutze. So werden Produktionsanlagen und Fertigungsbänder intelligent miteinander vernetzt, besser aufeinander abgestimmt und perfekt überwachbar gemacht. Genannt wird diese Entwicklung Industrie 4.0 und ist bereits ein absoluter Zukunftstrend. Wer es sich leisten kann, macht es auch, denn die damit einhergehende Prozessoptimierung sowie verbesserte Automatisierungsmöglichkeiten versprechen hohe Effizienzgewinne und somit langfristige Kostenersparnisse. So ist es nur nachvollziehbar, dass immer mehr Unternehmen auf den IoT-Zug aufspringen und ein Stück vom Kuchen abhaben wollen. Denn wer jetzt investiert, sichert sich neben Effizienzgewinnen auch einen wichtigen Schritt in Richtung Zukunftssicherheit, wobei der Begriff heutzutage sicher mit Vorsicht zu genießen ist.

Als Resümee kann von einer sehr spannenden Technologie gesprochen werden, deren Potential noch nicht vollends ausgeschöpft ist und viele Möglichkeiten für alle Bereiche des täglichen Lebens bereithält.