Durchbruch in der Wissenschaft: Wie 2nm Nano-Chips unsere Welt bereichern könnten

Nano-Chips auf einem Streichholz

Mikro- und Nano-Chips sind aus unserem heutigen Alltag nicht mehr wegzudenken. Verglichen mit den technischen Möglichkeiten von früher sind die nun von IBM entwickelten Nanometer-Chips mit 2 nm Strukturbreite ein regelrechter Durchbruch in der Wissenschaft. Während Nanometer-Chips jahrelang unerreichbar galten, werden sie heute bereits in Serie produziert und in allerlei Geräte verbaut. Bis zur Marktreife des 2-Nanometer-Chips wird es hingegen noch dauern. Der weltweit steigende Bedarf nach Cloud-, KI- und IoT-Lösungen sowie ein angespannter globaler Halbleitermarkt machen ihn jedoch hochgradig systemrelevant. Denn er verspricht wesentlich leistungsstärker und energiesparender zu sein als alles, was derzeit auf dem Markt ist. Das Potenzial des 2-Nanometer-Chips ist immens und veranlasst Forscher sogar bereits dazu, über Miniaturisierungen bis hin zum Quantenbereich nachzudenken.

Eine wegweisende Technologie zur richtigen Zeit

Die meisten Menschen haben den Anspruch, dass ihre Geräte im Alltag immer effizienter funktionieren sollen. Dieses Credo ließ sich auch nicht von den Corona-bedingten Prozessen der Entschleunigung in die Schranken weisen. Im Gegenteil: Unser Bedarf nach und unsere Nutzung von elektronischen Geräten hat im vergangenen Jahr einen neuen Spitzenwert erreicht. Die von den Menschen in steigendem Ausmaß beanspruchten Cloud-, KI- und IoT-Lösungen kurbelten die Nachfrage nach rechenstarken Prozessor-Chips immens an. Gleichzeitig wuchs auch unser Energiebedarf und der weltweite Berg an Datenmüll stetig an, weswegen der Ruf nach Innovationen immer lauter wurde. Tatsächlich ist es dem IT-Konzern IBM nun gelungen, mit ihrem 2-Nanometer-Chip einen neuen technologischen Goldstandard zu setzen, der für Wirtschaft und Gesellschaft vielversprechende Potenziale bereithält. Der Kniff dahinter: Durch die deutliche Verkleinerung der Strukturbreite auf den Chips lassen sich darauf noch mehr Transistoren platzieren, wodurch wesentlich mehr Rechenleistung und schnellere Datenübertragungen bei der gleichen Menge an Energie möglich werden. Darüber hinaus ermöglicht er eine Reduzierung von Produktionskosten und damit auch langfristig eine Verringerung unseres CO2-Fußabdrucks auf Erden. Doch was hat es mit diesen 2 Nanometern auf sich?

Grüner Fußabdruck im Blätterdach

Die Entwickler von IBM haben einen Meilenstein erreicht, der lange Zeit unvorstellbar war: Sie haben die Strukturbreite ihrer Prozessor-Chips auf 2 Nanometer verkleinert. Zum Vergleich: Ein Corona-Virus ist etwa 0,12 bis 0,16 μm bzw. 120 bis 160 nm groß und ein menschliches Haar hat eine Dicke von 40.000 bis 120.000 nm. Es verwundert daher nicht, dass Chips mit 2 Milliardstel Metern Strukturbreite – der aktuell kleinsten Prozessknoten-Größe weltweit – auf der Fläche einer Briefmarke bis zu 50 Milliarden Transistoren fassen können. Verständlicherweise ist dies eine wegweisende Entwicklung für die gesamte IT-Branche, da sich dadurch langfristig die serienmäßige Herstellung von 7- und 10-Nanometer-Chips weniger lohnt. Tatsächlich handle es sich bei der Bezeichnung „2 Nanometer“ jedoch eher um eine Namenskonvention, denn laut Angaben der IT-Website „The Register“ sei keine Komponente der neuen Technik wirklich 2 nm groß. Das Transistor-Gate besitze lediglich eine Länge von 12 nm. Unbestritten ist hingegen, dass die Prozessknoten deutlich kleiner als bei bisherigen Chip-Modellen ausfallen, wodurch ein 2-Nanometer-Chip wesentlich leistungsfähiger und energiesparender ist. Dadurch ist er in der Lage, unsere elektronischen Geräte immens zu beschleunigen, während er Akkus und Batterien schont. Auch in Sachen Autonomes Fahren und AR- bzw. VR-Technik ergeben sich durch ihn ungeahnte Möglichkeiten.

Nano-Chips: Über neue Berufsbilder und die Zukunft der Chip-Miniaturisierung

Mikro- und Nano-Chips bestehen überwiegend aus dem Halbleiter Silizium, auf dem sich wiederum Unmengen an mikroskopisch kleinen Transistoren befinden. Die Rolle von Halbleiterlösungen in unserem Alltag hat im Laufe der Jahre einen stetigen Bedeutungszuwachs erfahren. Wegen der weltweiten Maßnahmen im Zuge der Corona-Pandemie ist der Halbleitermarkt – vor allem Zulieferer-bedingt – mittlerweile ins Stocken geraten. Aus diesem Grund ist die Fertigung von kleineren Nano-Chips für Hersteller langfristig kostengünstiger und rentabler. Bis wann es der neue 2-Nanometer-Chip jedoch in die Produktion schaffen und somit Marktreife erlangen wird, ist derzeit noch unsicher. IBM visiert hierfür das Jahr 2023 bzw. 2024 an. Ob dessen serienmäßige Produktion tatsächlich zu bahnbrechenden Fortschritten in Sachen Alltagsleben, Klimawandel und nachhaltigeres Wirtschaften führt, wird sich zeigen. Nichtsdestoweniger sollte es Europas langfristiges Bestreben sein, noch in diesem Jahrzehnt EU-interne Werke für 2-Nanometer-Chips zu errichten, da dies auf lange Sicht der vorherrschende Chip-Standard sein könnte. Ob eine weitere Miniaturisierung möglich ist, kann derzeit noch nicht abgesehen werden. Erreichen etwaige Verkleinerungsversuche jedoch den subatomaren Bereich, könnten jedenfalls Quanteneffekte – wie beispielsweise der berühmte Tunneleffekt – wiederum neue Problemstellungen aufwerfen.

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Es ist durchaus denkbar, dass die Chip-Technik der Zukunft verstärkt mit der Quantenphysik zu tun haben wird. Zurzeit sind jedoch sämtliche Gehversuche im Quantenbereich noch recht fehlerbehaftet. Dennoch spielen hochwertige Halbleiterstrukturen bzw. die Herstellung von Nanometer-Chips mit immer kleineren Strukturbreiten der Entwicklung von Quantencomputern bereits in die Karten. Um diese und andere technologische Meilensteine einmal in unserem Alltag effektiv anwenden zu können, sollten wir uns schon jetzt um die hierfür benötigte Hardware und Software sowie um neue Berufsbilder und Skills Gedanken machen. So zum Beispiel werden für die Herstellung von Nanometer-Chips Mikrotechnologen und Mikrotechnologinnen benötigt, die sogenannte „Fotolithografie-Anlagen“ bedienen können. Damit werden mittels EUV-Licht winzig kleinen Strukturen auf Silizium-Wafern erzeugt, aus denen später die Chips entstehen. Unser Bedarf nach mikrotechnischen Produkten wird im Laufe der Jahre vermutlich immer weiter steigen und somit auch die Nachfrage nach kompetenten Mikrotechnologen sowie auch auf lange Sicht nach Nano- und Quantentechnologen, die unter anspruchsvollen Reinraum-Bedingungen arbeiten müssen. Unsere Wirtschaft und Gesellschaft sollten daher solchen und anderen spezialisierten Skillsets bei der Heranbildung von Fachkräften und Spezialisten ebenso Rechnung tragen wie den bereits allseits beworbenen Future Skills. Denn passend zu den neuen Technologien muss sich auch unser Mindset sukzessive mit entwickeln.

Wir machen aus Talenten Experten.

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