Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Wann gibt es x86 CPUs auf Germaniumbasis?
Eine große Hürde moderner Silizium basierter x86 CPUs ist ja die maximale thermische Belastung.
Bei Silizium braucht man nun aber etwas über 0,7 V an Spannung um einen Transistor zu schalten, aufgrund dieser recht hohen Spannung hat man somit auch einen hohen Stromverbrauch und somit eine hohe thermische Belastung.
Würde man aber nun Germanium basierte CPUs bauen, dann könnte man die Spannung in den CPUs schon ein ordentliches Stück nach unten senken, denn Transistoren auf Germaniumbasis schalten schon ab ca. 0,3 V Spannung.
Die Thermische Belastung würde auf Germaniumbasis basierte CPUs also sinken und man hätte wieder mehr Luft nach oben, z.B. für eine höhere Taktrate usw.
Frage:
Warum macht man das also noch nicht.
Wo liegen die eigentlichen Hürden?
Germanium ist teuer, aber moderne CPUs sind oder waren das mal ja auch.
Was spricht also dagegen, Germanium einzusetzen?
Der Preis kann es so gesehen ja eigentlich nicht sein.
natürlich ist es der preis. bei germanium fehlt es an allem, wenn es um massenproduktion geht.
hab zwar gerade keine quellen parat aber si-transistoren sind außerdem, soweit ich weiß, viel schneller.
BlackBirdSR
2010-08-30, 21:51:07
Frage:
Warum macht man das also noch nicht.
Wo liegen die eigentlichen Hürden?
Zu aller erst fällt mir da ein, dass früher Transistoren aus Germanium basierten ;)
Inzwischen wird ja auf SiGe gesetzt, um das Siliziumgitter zu stauchen oder zu strecken.
Wo die Hürden liegen?
Ich könnte mir vorstellen, dass GeO2 ein Problem darstellt. Silizium hat die nette Eigenschaft, dass dessen Passivierung mit O2 zu SiO2 einfach perfekt zum Gesamtkonzept passt. GeO2 ist IMO fast unbrauchbar. Es ist sogar wasserlöslich, wenn ich mich richtig erinnere - und Halbleiter und DI-Wasser sind unzertrennlich ;) Also muss was neues her und das erzeugt wieder Aufwand.
Dann gibt es noch ein Problem, dass bei aktuellem Forschungsstand Ge-Transistoren richtig böse mit Leckströmen und Parasiten zu kämpfen haben.
Es ist schön, dass man weniger Spannung benötigt, bis so ein Transistor zündet. Aber zugleich wird auch das Fenster kleiner, wo man unerwünschte Schaltvorgänge verhindern kann.
Ich bin gespannt, ob Ge alleine je wieder in Mode kommt, bevor Quanten-Computer oder C-Nanotubes übernehmen. Si hat noch ne Weile vor sich,
Die klassische Bandlücke hat überhaupt nichts mit der Betriebsspannung eines Transistors zu tun. Man muss nur mal an die mobilen Stromspar-CPUs denken, die bei 0.8V und weniger laufen.
Bei einem dotierten Si-Halbleiter liegen die Akzeptor- und Donatorniveaus bei übrigens weniger als 50meV.
Ge ist überhaupt keine Lösung für die schnellere und stromsparendende CPUs. Bei aktuell eingesetzten Strained Si-Halbleiter (mit bis ca 5% Ge-dotiert) wird nicht in erster Linie dier Abstand der Bandlücke geändert sondern deren Anstieg was geringere reduzierte Massen der Ladungsträger (Löcher- und Elektronen) und somit höhere Beweglichkeiten zur Folge hat.
Bei Hochleistungs-THz-Transistoren geht es in Richtung SiC, GaN, AlN und anderen Breitbandlückenhalbleitern. Si und natürlich Ge schmelzen bei den Leistungsdichten einfach weg. Immerhin kommen aktuelle CPUs in die Nähe von Atomkraftwerk hinsichtlicher der Energieabstrahlung pro Fläche. Die typischen 100 Watt bei 100mm^2 CPU-Fläche entsprechen 1MW/m^2 und somit nur ca. 10x kleiner als die Leistungsdichte bei einem Atomkraftwerk.
Eine andere Alternative wäre Graphen, das mit relativischen Ladungsträgertransport Beweglichkeiten in Nähe der Lichtgeschwindigkeit bietet. Das gibt es aber noch nicht in großen Flächen. Die industrielle Forschung an Kohlenstoffnanoröhren ist praktisch eingestellt, da es zwar Millionen von Möglichkeiten gibt sie zu erzeugen, aber davon bisher keine einzige Methode das Wachstum von völlig identischen (Durchmesser, Chiralität) und entsprechender Organisation auf einen Substrat ermöglicht. Für nette Einzelelektronentransistor-Experimente sind aber CNTs immer noch gut.
Tatsächlich war Ge einer der ersten verwendeten Halbleitermaterialien wurde aber recht schnell durch Si und abgelöst.
Die typischen 100 Watt bei 100mm^2 CPU-Fläche entsprechen 1MW/m^2 und somit Faktor ca. 10 mehr als die Leistungsdichte bei einem Atomkraftwerk.
Exaggerated exaggeration is exagerrated :p. In die Dimensionen sind nur einige 90nm p4s vorgedrungen -> 115w@122mm².
Abgesehen von den anderen Gründen die gegen Ge sprechen sieht man ja zB. auch beim Thema 450mm wafer wie Groß der Widerstand beim etablieren neuer Verfahren ist. Einfach aus dem Grund das das Bewährte so viel günstiger ist und verständlicherweise niemand den Aufschlag für die Pionierarbeit zahlen will - und damit quasi der Konkurrenz den Kostenvorteil mit Handkuss zuschickt.
Exaggerated exaggeration is exagerrated :p. In die Dimensionen sind nur einige 90nm p4s vorgedrungen -> 115w@122mm².
Abgesehen von den anderen Gründen die gegen Ge sprechen sieht man ja zB. auch beim Thema 450mm wafer wie Groß der Widerstand beim etablieren neuer Verfahren ist. Einfach aus dem Grund das das Bewährte so viel günstiger ist und verständlicherweise niemand den Aufschlag für die Pionierarbeit zahlen will - und damit quasi der Konkurrenz den Kostenvorteil mit Handkuss zuschickt.
Was ist mit Nvidia G100 GPUs? Die liefern bei 250mm^2 gerne 300 Watt unter Furmark.
Abgesehen davon das die 300w auf die Kappe der ganzen Karte gehen können sie erstens kein x86 und sind zweitens ~530mm² groß.
Haarmann
2010-09-03, 10:12:30
Da hätte ich eher Galliumarsenid erwartet...
Aber auch das ist wohl etwas teuer...
Was ist mit Nvidia G100 GPUs? Die liefern bei 250mm^2 gerne 300 Watt unter Furmark.
Das ist die ganze Karte, da gehen sicher mindestens 40% für die Spannungsversorgung, Speicher etc. drauf.
Ein Problem von Germanium ist auch die deutlich geringere Temperaturbeständigkeit gegenüber Silizium.
Selbst wenn man damit Chips mit geringerem Stromverbrauch bauen könnte müsste man trotzdem die Kühlung verbessern um ihn auch betreiben zu können.
Das ist die ganze Karte, da gehen sicher mindestens 40% für die Spannungsversorgung, Speicher etc. drauf.
40% bestimmt nicht.
BlackBirdSR
2010-09-03, 16:12:29
Ein Problem von Germanium ist auch die deutlich geringere Temperaturbeständigkeit gegenüber Silizium.
Selbst wenn man damit Chips mit geringerem Stromverbrauch bauen könnte müsste man trotzdem die Kühlung verbessern um ihn auch betreiben zu können.
Das musst Du mir genauer erklären. Interessiert mich.
Das musst Du mir genauer erklären. Interessiert mich.
Der Gast redet Quatsch, er bezieht sich nämlich auf den Schmelzpunkt. :uhammer:
Für Halbleiter also völlig abstruse Temperaturbereiche.
Haarmann
2010-09-06, 00:46:58
Gast
Du hast nie nen Chip "gebraten"?
Das ging bei AMDs alten Athlons und Durons in Socket A bestens ohne Kühler... sogar innert weniger Sekunden.
Ich könnte mir vorstellen, denn ich weiss es nicht, dass Germanium basierende Halbleiter noch schneller "gar" sind, wie der Gast angedeutet hat. Und dann siehts imho aus wie Pest vs Cholera.
Der Gast redet Quatsch, er bezieht sich nämlich auf den Schmelzpunkt. :uhammer:
Für Halbleiter also völlig abstruse Temperaturbereiche.
Dank Dotierung kann ein Halbleiterbauelement schon bei Temperaturen deutlich unterhalb des Schmelzpunktes das zeitliche segnen.
Im Bereich der pn-Übergänge herrschen große elektrische Felder (Raumladungszonen) bis hin zu einigen Zehntausend V/m. Bei erhöhten Temperaturen durch großen Ladungstransport kann es da sehr leicht zur Zerstörung des Kristallgitters kommen. Ge widersteht nun mal aufgrund seiner geringen Härte bedingt auch durch die geringe Bandlücke von 0.7eV ungern starken Temperaturen und starken Strömen.
Gerne wird dieser Effekt auch als Elektronenmigration bezeichnet und beim OC mit starker Spannungszugabe befürchtet.
Um das Thema abzuschließen:
x86 CPUs oder irgendwelche anderen Schaltkreise mit höheren Logikfunktionen auf Ge-Wafern werden nicht entwicklet werden.
Ge kann aber immerhin für sich beanspruchen, das Material des ersten Transistors überhaupt zu sein (Spitzentransistor von Bardeen und Brattain, 1947).
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