Intel gab gestern den größten Durchbruch im Transistordesign in den letzten 40 Jahren bekannt. So nutzt das Unternehmen neue Materialien für den Aufbau der Isolierschichten und der für die Schaltvorgänge zuständigen Gates in ihren 45 nm Transistoren. Hunderte von Millionen dieser Transistoren werden in der nächsten Generation der Core 2 Duo, Core 2 Quad und Xeon Multi-Core-Prozessoren arbeiten. Über fünf lauffähige Vorversionen von Produkten verfügt Intel bereits - die ersten von insgesamt fünfzehn geplanten 45 nm Prozessoren.

Intel geht davon aus, dass es mit den ersten funktionsfähigen 45 nm Prozessoren der nächsten Generation (Codename: Penryn) seine Stellung als Technologieführer der Halbleiterindustrie weiter ausgebaut und den Führungsabstand von mehr als einem Jahr manifestiert hat, so Intel. Der Beginn der 45 nm Produktion ist für die zweite Jahreshälfte vorgesehen.

Als erster Hersteller implementiert Intel eine Kombination neuer Materialien, die Transistor-Leckströme drastisch reduziert und die Lesitung der 45 nm Prozesstechnologie verbessert. Das Unternehmen wird für die Isolatorschicht der Transistor-Gates ein neues Material mit hohem k-Wert (high-k) und für die Transistor-Gate-Elektrode eine neuartige Kombination metallischer Materialien verwenden. Das Gate schaltet den Transistor ein und aus, während das darunter liegende Gate-Dielektrikum ihn als Isolationsschicht von dem Strom führenden Kanal trennt. Die Kombination aus metallischen Gates und high-k Gate-Dielektrikum führt zu Transistoren mit sehr geringem Leckstrom und hoher Rechenleistung. Da immer mehr Transistoren auf ein einziges Stück Silizium gepackt werden, suchen die Hersteller nach Möglichkeiten zur Verringerung des Leckstroms. Mit der Implementierung von neuartigen high-k und Metall-Gate Transistoren für die 45 nm Prozesstechnologie werden noch schnellere und zugleich energieeffizientere Multi-Core-Produkte möglich.

Seit über 40 Jahren wurde bei der Fertigung des Gate-Dielektrikums von Transistoren Siliziumdioxid verwendet. Um bei der ständigen Leistungssteigerung bei Transistoren mitzuhalten, verringerte man seine Schichtstärke immer weiter. Bei der bisherigen 65 nm Prozesstechnik ist das Gate-Dielektrikum aus Siliziumdioxid nur 1,2 nm stark, was etwa fünf Atomlagen entspricht. Allerdings nehmen bei dieser geringen Stärke die elektrischen Leckströme durch das Gate-Dielektrikum zu, was zu unnötigem Stromverbrauch und unerwünschter Wärmeentwicklung führt. Bei Intel kommt deshalb bei der 45 nm Prozesstechnologie ein dickeres, auf Hafnium basierendes high-k Material im Gate-Dielektrikum zum Einsatz. Dies reduziert die Leckströme im Vergleich zu Siliziumdioxid auf weniger als ein Zehntel. Weil das high-k Gate-Dielektrikum nicht mit der derzeitigen Gate-Elektrode aus Silizium kompatibel ist, besteht die zweite Zutat in Intels Materialrezept für 45 nm Tansistoren aus einer neuen Kombination unterschiedlicher metallischer Materialen.

Die Penryn Prozessorfamilie markiert den nächsten Schritt in der Abfolge von Prozesstechnologien und Mikroarchitekturen, die Intel in jedem Jahr hervorbringt. Die ersten funktionsfähigen Penryn-Prozessoren sind bereits entwickelt. Intel hat insgesamt mehr als 15 Produkte auf Grundlage der 45 nm Technik in Entwicklung, die für Desktop, Mobile, Workstation und Enterprise-Lösungen bestimmt sind. Mit über 400 Millionen Transistoren in Dual-Core Prozessoren und über 800 Millionen in Prozessoren mit vier Kernen verfügt die Penryn-Familie über neue Architekturmerkmale, die eine höhere Performance, eine optimierte Energieverwaltung, schnellere Taktraten im Prozessorkern und bis zu 12 Megabytes Cache-Speicher ermöglichen. Mit den Designs halten auch rund 50 neue Intel SSE4 Instruktionen Einzug.