VTFET von IBM & Samsung: Neuer Transistor für 100 Prozent mehr Leistung
Neue vertikale Transistoren haben das Potenzial, 85 Prozent der Energie von aktuellen FinFET-Lösungen im Einsatz einzusparen, erklärt IBM in Zusammenarbeit mit Samsung zur Fachkonferenz IEDM. Die Alternative sind wie üblich performantere Systeme bei gleichem Energiebedarf – der Zuwachs ist mit einem Faktor 2 so groß wie selten.
VTFET steht für Vertical Transport Field Effect Transistors. Traditionell sind Transistoren flach auf der Oberfläche verbaut, der Strom fließt in der Regel von einer Seite zur anderen. VTFET führt einen senkrecht zur Oberfläche stehenden Bestandteil ein, der Stromfluss erfolgt nun in der Vertikalen, von oben nach unten und wieder zurück.
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VTFET und FinFET im Vergleich (Bild: IBM)
Ein Sprung wie vier bis sechs Full-Node-Steps
Mit der Lösung könnte man mehrere Fliegen mit einer Klappe schlagen. Nicht nur wären mehr Transistoren pro gleicher Fläche möglich, auch stärkere Ströme und weniger Verluste könnten erreicht werden. Die Möglichkeiten für das Endergebnis lassen jeden normalen Fertigungs-Shrink, wie beispielsweise bei TSMC von der aktuellen Fertigung in N5 zum kommenden N3 mit angegebenen 10 bis 15 Prozent mehr Leistung oder alternativ bis zu 30 Prozent geringerem Energiebedarf klein aussehen: IBM spricht bei VTFET von bis zu 100 Prozent mehr Leistung oder alternativ 85 Prozent geringerem Energiebedarf.
Auf traditionelle Nodes umgerechnet entspricht das vier bis sechs oder mehr Generationen und damit ungefähr rund zehn Jahre Entwicklungszeit. Auch vor Vergleichen im eigenen Haus macht IBM nicht halt. VTFET wäre demnach auch noch eine ganz andere Dimension als der erst im Frühjahr bestätigte erste 2-nm-Chip von IBM.
Interessant sind dabei die Fußnoten zu den IBM-Angaben. Demnach krankt das aktuelle FinFET-Design selbst bei einem aggressiven Gate Pitch von weniger als 45 nm – bei TSMCs N5-Fertigung liegt er bei 48 nm – an der Skalierung, er ist salopp gesagt nur noch bedingt ausbaufähig.
VTFET nanosheet and scaled FinFET device simulation results are compared at the same footprint and at an aggressive sub-45nm gate pitch. VTFET nanosheets provides ~ 2X performance of the scaled FinFET at equivalent power due to VTFET maintaining good electrostatics and parasitics while FinFET performance is impacted by severe scaling constraints. Or VTFET could provide as much as 85% power reduction compared to the scaled FinFET architecture as compared at an equivalent frequency on the extrapolated power-performance curves.
IBM
Für die ferne Zukunft
Testchips wurden laut IBM bereits produziert, nun wird evaluiert, wie die Eigenschaften und Möglichkeiten dieses neuen Transistors in den nächsten Jahren umgesetzt werden können, um auch in echten Produkten Platz zu finden. IBM wird sich dabei wie zuletzt üblich vermutlich auf die Grundlagenforschung beschränken, diverse Patente, in denen IBM Jahr für Jahr Weltmeister ist, dürften folgen, die dann von anderen entweder gekauft oder unter Zahlungen genutzt werden können. Samsung als Mit-Urheber dieser Technologie könnte der Konkurrenz einen Schritt voraus sein – doch das wird erst die Zukunft zeigen.
Fabian und 
Jan-Frederik