3-D-Chip

Ein 3-D-Chip ist ein integrierter Schaltkreis (IC) mit einem dreidimensionalen Array. Er kommt vor allem für Aufgaben wie digitale und analoge Bildverarbeitung und in neuronalen Netzwerken

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Ein 3-D-Chip ist ein integrierter Schaltkreis (IC) mit einem dreidimensionalen Array. Er kommt vor allem für Aufgaben wie digitale und analoge Bildverarbeitung und in neuronalen Netzwerken zum Einsatz.

Die 3-D-Chiptechnologie löst einige Probleme, die sich bei der Suche nach Leistungssteigerungen und Größenreduzierungen bei Prozessoren als Herausforderung für die Chiphersteller erwiesen haben. Je kleiner und leistungsfähiger die Chips geworden sind, umso dünner und enger angeordnet mussten die Drähte sein, die zum Verbinden der zunehmenden Anzahl von Transistoren benötigt werden, was wiederum zum erhöhten Widerstand und zur Überhitzung geführt hat. Beide können zu Signalverzögerzungen führen, wodurch der Takt der CPU(s) begrenzt wurde.

Im April 2007 wurde eine neue Version des 3-D-Chips von einer Partnerschaft zwischen IBM und Forschern des Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) am IBM T.J. Watson Research Center mit Unterstützung durch das Defense Advanced Research Project Agency (DARPA) angekündigt.

Diese 3-D-Chips lagern die Chips mithilfe der so genannten Wafer-Bonding-Technik übereinander. Während einige Unternehmen die Prozessoren momentan durch Überlagerung der Schichten verdichten, nutzt IBMs Technologie eine Basisschicht aus Silikon, auf dem die aktiven Schichten aufgebaut werden. Dadurch können die Ingenieure den Prozess unten im Stapel anordnen und den Speicher bzw. andere Komponenten darauf aufbauen, sodass die Verbindungen um das Tausendfache verkürzt werden, weil die Chips nicht mehr in zweidimensionalen Layouts organisiert werden müssen mit Verbindungsdrähten an den Rändern der Chips. Dadurch wird die von den Daten zurückzulegende Distanz reduziert, was eine sehr viel schnellere Verarbeitung ermöglicht. Eine Hundertfache Steigerung der Konnektorendichte reduziert die Chipgröße ganz drastisch.

IBMs Ingenieure haben eine neue Herstellungsmethode mit dem Namen „Through-Silicon Via“ benutzt, die eine vertikale Anordnung mehrere Chip-Komponenten unterstützt und damit schnellere und kleinere CPUs (zentrale Recheneinheiten - Central Processing Units) geschaffen, die weniger Strom verbrauchen. Through-Silicon Vias ermöglichen außerdem eine effizientere Wärmeabfuhr durch den Stack an die Kühlsysteme; laut IBM wird auch die Energieeffizienz der Silikon-Germanium-basierten Produkte um bis zu 40% verbessert, was eine längere Betriebsdauer ohne Netz ermöglicht.

IBM geht davon aus, dass die Produktion der 3-D-Chips 2008 anlaufen wird. "Big Blue" wird diese Technologie zunächst in Mobile-Devices und in der drahtlosen Kommunikation einsetzen. Die Memory-on-Prozessor-Technologie wird für den Einsatz in Servern und Supercomputern 2009 zur Verfügung stehen. Intel hat eine ähnliche 3-D-Chip-Struktur im Februar 2007 entwickelt, die eine Verarbeitungsgeschwindigkeit im Teraflop-Bereich erreicht (eine Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde), wodurch Berechnungen effektiv genauso schnell wie ein komplettes Datacenter ausgeführt werden, aber bei einem sehr viel geringeren Stromverbrauch. Mithilfe nur einer dieser Entwicklungen kann Moores Gesetz noch lange im 21. Jahrhundert Bestand haben.

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