IBM behauptet, dass Chips auf Basis dieses neuen Designs eine um 40 % höhere Leistung liefern werden als aktuelle 10-nm-Chips von Unternehmen wie AMD, ARM und Intel.

In Zusammenarbeit mit Samsung und Global Foundries – die Chips für Qualcomm, AMD und andere Hersteller herstellen – hat IBM ein neues Extrem-Ultraviolett-Lithografieverfahren (EUV) zur Herstellung von 5-nm-Chips vorgestellt. Dieser Fortschritt ermöglicht es Unternehmen, über 30 Milliarden Transistoren auf einem einzigen Computerchip zu integrieren.

Erst vor zwei Jahren kündigte IBM einen 7-nm-Chip-Herstellungsprozess an und Samsung wird voraussichtlich bereits im nächsten Jahr mit der Auslieferung beginnen.

Die neuen 5-nm-Chips nutzen „Gate-All-Around“-Transistoren (GAAFET), bei denen das Gate-Material drei horizontale Silizium-Nanoschichten umschließt. Dies steht im Gegensatz zum gängigeren FinFET-Design, das auf vertikalen Lamellen basiert.

IBM gibt außerdem an, die Skalierung von FinFET-Designs auf 5 nm untersucht zu haben, stieß dabei jedoch aufgrund des eingeschränkten Stromflusses in ultradünnen Finnen auf Leistungseinschränkungen. Die GAA-Architektur ist in mancher Hinsicht einfacher und dürfte bis auf 3 nm skalierbar sein.

Laut IBM bietet das neue Design eine Leistungssteigerung von 40 % gegenüber bestehenden 10-nm-Chips von AMD, ARM und Intel, ohne den Stromverbrauch zu erhöhen. Alternativ könnten die Chips bei unveränderter Leistung den Stromverbrauch um 75 % senken.

Das neue Verfahren von IBM ermöglicht außerdem eine kontinuierliche Anpassung der Nanoblattbreite während der Herstellung und ermöglicht so eine Feinabstimmung der Schaltungsleistung und -performance innerhalb eines einzelnen Chipdesigns.

Im Bereich der fortschrittlichen Halbleiter steigern führende Hersteller wie TSMC, Samsung und Intel weiterhin ihre Investitionen in Forschung und Entwicklung.

Kürzlich kündigte TSMC auf dem North America Technology Symposium 14 seinen 1.4A-Prozess der 2025-nm-Klasse an und strebt eine Massenproduktion im ersten Halbjahr 2028 an. Name und Technologie stehen in direkter Konkurrenz zu Intels 14A, der ebenfalls einen Prozess der 1.4-nm-Klasse beansprucht.

Samsung Electronics hat Updates zu seinem 2-nm-GAA-Prozess (SF2) veröffentlicht, dessen Entwicklung reibungslos voranschreitet. Das Unternehmen hat insbesondere ein Forschungs- und Entwicklungsteam für den 1-nm-Prozess eingerichtet und strebt die Massenproduktion bis 2029 an.

Intel plant, noch in diesem Jahr in seiner neuen Fabrik in Arizona mit der Großserienproduktion seines Intel 18A-Prozessors zu beginnen. Die ersten Produkte werden Panther-Lake-Client-Prozessoren für mobile Plattformen sein, die sich bereits als Entwicklungsmuster befinden. Diese Prozessoren der Core-Ultra-300-Serie werden mit Cougar-Cove-Performance-Kernen, Xe3-GPU-Architektur und NPU-Einheiten der nächsten Generation ausgestattet sein.

Das Mooresche Gesetz stößt allmählich an seine Grenzen. Während Chipprozesse immer weiter an ihre physikalischen Grenzen schrumpfen, verhindern Herausforderungen wie Quantentunneleffekt und Wärmemanagement weitere Leistungssteigerungen durch Transistorskalierung. Neben bahnbrechenden Fertigungsdurchbrüchen prägen neue Technologien die Zukunft der Computertechnik.

Photonik-Chips beispielsweise nutzen die siliziumbasierte photonische Integration zur Datenverarbeitung über Lichtsignale und bieten Vorteile wie extrem niedrigen Stromverbrauch und hohe Geschwindigkeit. Sie sind bereits weit verbreitet in Glasfaser-Kommunikationssystemen und zeichnen sich durch hohe Bandbreite, Latenz und Widerstandsfähigkeit gegen elektromagnetische Störungen aus. IBM investiert massiv in optische Technologien und hat kürzlich einen Polymerwellenleiter (PWG) für Co-Packaged Optics (CPO) vorgestellt, der die Datenübertragung mit hoher Bandbreite in Rechenzentren revolutionieren soll.

Quantenchips, Kernkomponenten von Quantencomputern, nutzen Quantensuperposition und -verschränkung, um beispiellose Rechengeschwindigkeiten zu erreichen. Um die Qubit-Stabilität zu gewährleisten, benötigen sie jedoch extreme Bedingungen, wie Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt.

Weitere Innovationen sind Kohlenstoffnanoröhren-Chips, die eine bessere elektrische und thermische Leistung als Silizium versprechen, und neuromorphe Chips, die menschliche Gehirnneuronen für effiziente KI- und maschinelle Lernaufgaben nachahmen. Auch wenn das Mooresche Gesetz möglicherweise nicht mehr gilt, werden diese Technologien die Zukunft der Informationstechnologie neu definieren.