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Cannon Lake: Sind Intels 10 nm-Chips der Konkurrenz überlegen?

Die Ober- und Unterseite des ersten von Intel im 10 nm-Verfahren hergestellten Prozessors Core i3-8121U (Quelle: TechInsights)
Die Ober- und Unterseite des ersten von Intel im 10 nm-Verfahren hergestellten Prozessors Core i3-8121U (Quelle: TechInsights)
Intels erster, im neuen 10 nm-Verfahren gefertigter Prozessor der Cannon-Lake-Familie, Core i3-8121U, wurde zerlegt und ausführlich analysiert. Die tiefen Einblicke in sein Innenleben lassen auf eine neue Generation extrem effizienter Chips hoffen. Welche Einzelheiten bisher ans Licht gekommen sind, wie sich die neue CPU von seinen Vorgängern unterscheidet und wie sich Intel damit zur Konkurrenz positioniert, wird im Folgenden erläutert.

Wie bereits berichtet, hat sich die Massenfertigung von Intels 10-nm-Chips immer wieder verschoben. 2019 soll es nun endlich soweit sein. Ein Grund für die Verzögerung war, dass man die Transistor-Packungsdichte deutlich erhöhen wollte. Dies ist Intel offensichtlich gelungen.

Der bereits in geringen Mengen produzierte und im Ideapad 330-15ICN von Lenovo verbaute Cannon-Lake-Chip Core i3-8121U wurde von den kanadischen Kollegen von TechInsights auseinandergenommen und eingehend untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass seine Transistorendichte bei 100,8 Millionen Transistoren pro Quadratmillimeter liegt. Damit konnte die Transistorendichte verglichen mit den im 14-nm-Prozess hergestellten Vorgängern um das 2,7-fache erhöht werden. Im Vergleich zu den 10-nm-Prozessoren der Konkurrenz kann Intel somit ungefähr doppelt so viele logische Transistoren pro Quadratmillimeter vorweisen.

Auch wenn man die reine Fläche betrachtet, zeigen sich die Vorteile des neuen 10-nm-Verfahrens. So hat der Die lediglich eine Fläche von 70 Quadratmillimetern, während der Chipsatz mit einer Grundfläche von weniger als 48 Quadratmillimetern auskommt. Auch der Transistor Gate Pitch und der Interconnect Pitch konnten von 70 auf 54 Nanometer respektive von 52 auf 36 Nanometer deutlich verkleinert werden. Bei Samsung und TSMC fällt im 10-nm-Verfahren der Transistor Gate Pitch mit 68 bzw. 66 Nanometern beispielsweise deutlich größer aus und selbst im 7-nm-Verfahren wird voraussichtlich keiner der beiden Hersteller die Marke von 54 Nanometer unterschreiten.

Dass Intel an die Grenzen der Immersionslithographie stößt, zeigt sich nicht nur an der Verwendung von Kobalt und Ruthenium in der zweiten Stufe der Halbleiterfertigung (BEOL), sondern vor allem darin, dass die Chip-Ausbeute bei der Produktion (Manufacturing Yield) bisher recht niedrig ist. Mit anderen Worten entstehen bei der Produktion im moment noch sehr viele fehlerhafte Chips, was wohl den Hauptgrund dafür darstellt, dass Intel noch nicht mit der Massenproduktion seiner 10-nm-Prozessoren beginnen konnte. Hier stellt sich die Frage, warum nicht auf EUV-Lithographie gesetzt wurde, wie es Samsung bei seiner 7-nm-Fertigung tun wird.

Die ans Licht gekommenen Details deuten also darauf hin, dass Intel nächstes Jahr sehr effiziente und platzsparende Prozessoren auf den Markt bringen wird, die allen 10 nm-Prozessoren und wahrscheinlich sogar vielen 7 nm-Prozessoren der Konkurrenz den Rang ablaufen könnten. Dies ist natürlich nur dann der Fall, wenn es Intel wirklich gelingt, die Probleme bei der Produktion in den Griff zu bekommen und die massiv gesteigerte Transistorendichte und fortschreitende Miniaturisierung aller Teile in eine deutliche Erhöhung der Effizienz und Leistung des Prozessors zu übersetzen.

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Autor: Tobias Häuser, 27.06.2018 (Update: 27.06.2018)
Tobias Häuser
Tobias Häuser - News Editor
Während meines Philosophiestudiums in Tübingen und New York habe ich mich mit ethischen Fragen des technischen Fortschritts, Künstlicher Intelligenz und der Zukunft einer digitalisierten und automatisierten Gesellschaft befasst. Technik fasziniert mich schon seit meiner Kindheit. Mein Schwerpunkt liegt auf dem Bereich Notebooks, umfasst aber letztlich das ganze Gebiet der Unterhaltungselektronik und darüber hinaus E-Mobilität, autonomes Fahren, KI und Raumfahrt. Wenn ich nicht gerade als freischaffender Journalist, Publizist und Online-Redakteur tätig bin, beschäftige ich mich mit Kunst und Literatur, gehe viel auf Reisen und wandern, aber vor allem schreibe ich in jeder freien Minute an meinen Büchern.