https://www.faz.net/-gy9-6m1ij

Nano-Prozessoren : Unvorstellbar klein und schnell

  • -Aktualisiert am

Annäherungen an das Kleine: Fuß eines Gecko... Bild: Agentur Focus

Herkömmliche Computer stoßen mit ihren Mikroprozessoren an unüberwindbare Leistungsgrenzen: Sie produzieren zu viel Wärme, verbrauchen zu viel Strom und haben viel zu große Transistoren. Nano-Prozessoren sollen weiterhelfen.

          6 Min.

          Ein normaler Computerprozessor ist heutzutage ungefähr so groß wie ein Fingernagel und besteht aus mehr als einer Milliarde Transistoren. Alle 18 Monate hat sich bisher die Zahl der Transistoren verdoppelt. Doch mit dieser als „Moore's Law“ bekanntgewordenen Tendenz der Hardware-Entwicklung haben die Computeringenieure allmählich ein Problem. Transistoren sind nämlich heute durchschnittlich 30 Nanometer groß. Das sind 30 Milliardstel Meter. Sie sind 800 Mal dünner als ein Menschenhaar.

          Soll sich ihre Anzahl auf zwei Milliarden bei einem konventionellen Computerprozessor verdoppeln, darf ein einzelner Transistor nur noch 16 Nanometer groß sein. Gegen Ende dieses Jahrzehnts müsste nach Moore's Law eine Transistorgröße von zwei bis drei Nanometer erreicht sein. Das führt zu massiven Schwierigkeiten. „Wir haben es dann mit so kleinen Dimensionen zu tun, dass der geregelte Fluss der Elektronen nicht mehr zu kontrollieren ist“, sagt Paul Seidler vom Nanotechnologiezentrum, das die Eidgenössische Technische Hochschule Zürich und IBM gemeinsam im schweizerischen Rüschlikon betreiben.

          „Neue Transistoren und Werkstoffe“

          „Die Lösung besteht darin, Nano-Strukturen mit neuen Transistoren und Werkstoffen zu fertigen“, meint Physik-Nobelpreisträger Gerd Binnig: „Wir müssen hier nur konsequent Quantenmechanik anwenden und den Nano-Prozessor bauen.“

          ... und seine Hafthärchen im Detail
          ... und seine Hafthärchen im Detail : Bild: Agentur Focus

          Dem gebürtigen Frankfurter Physiker Binnig geht das alles nicht schnell genug. Deshalb treibt er seine Kollegen auf internationalen Tagungen und Konferenzen regelrecht an, die Einzelelemente für den künftigen Nano-Prozessor nicht nur isoliert zu entwickeln, sondern gleichzeitig eine Struktur für den Nano-Computer zu schaffen. „Auch ein heutiger Computer besteht nicht nur aus einer Ansammlung von Schaltelementen, sondern aus einer Struktur“, meint Binnig mahnend.

          Nur noch drei Nanometer groß

          Nanodrähte und das Rechnen mit dem Spin von Elektronen sind schon heute Konzepte für einzelne Komponenten eines künftigen Nano-Prozessors. „Nanodrähte sehen aus wie das menschliche Haar, sind aber 2000 Mal bis 5000 Mal dünner“, erläutert Heike Riel vom Rüschlikoner Nanotechnologiezentrum.

          Mit Nanodrähten baut das Team um Heike Riel sehr kleine und leistungsstarke Transistoren, die nur noch drei Nanometer groß sind. Besonders wichtig sind der kleine Durchmesser des Nanodrahts und seine zylindrische Form. Denn dadurch kann die Elektrode, die den elektrischen Strom schaltet, komplett um einen Nanodraht herumgewickelt werden.

          Null und eins - irgendwann funktioniert das nicht mehr

          Im Transistor schaltet eine Elektrode den Stromfluss an und aus. Für digitale Systeme relevant: Fließt Strom, so gilt der Zustand Ein oder 1, fließt kein Strom, wird eine 0 (Aus) dargestellt. Mit diesen beiden Werten 0 und 1 rechnet der PC. Bei der herkömmlichen Miniaturisierung kann die Elektrode den Stromfluss im Transistor nicht mehr vollständig kontrollieren. Der Transistor kann also nicht mehr präzise ein- und ausgeschaltet werden.

          Mit einem Nanodraht kann diese Schwierigkeit gelöst werden. Weil die Elektrode den Nanodraht vollständig umschließt, kann sie den Stromfluss durch den Nanodraht auch von allen Seiten kontrollieren. Und damit kann der geregelte Fluss der Elektronen kontrolliert werden. Es fließen auch keine sogenannten Leckströme mehr wie bei den konventionellen Mikroprozessoren, bei denen Elektronen verlorengehen. Die Elektrode hat alle Elektronen im Nanodraht unter ihrer Kontrolle.

          Weitere Themen

          Lufthansa Cargo testet Kompost-Treibstoff Video-Seite öffnen

          Nachhaltiges Fliegen? : Lufthansa Cargo testet Kompost-Treibstoff

          Der Kraftstoff SAF sei nachhaltig produziert worden, hauptsächlich aus Lebensmittelresten. Lufthansa Cargo arbeitet zusammen mit DB Schenker. Der Sprit für den Jungfernflug wurde angekauft. Der nächste Schritt sei nun, den Treibstoff in Proberaffinerien herzustellen.

          Topmeldungen

          Baukräne stehen an einer Baustelle in Berlin.

          Wohngemeinnützigkeit : Ein Bärendienst für den Wohnungsmarkt

          Immer lauter wird die Forderung, die Wohngemeinnützigkeit wiederzubeleben. Dass dies eine schlechte Idee ist, zeigt schon das abschreckende Beispiel der Neuen Heimat.

          Fehler beim FC Bayern : Hansi Flick hat genug

          Der FC Bayern leistet sich in der Champions League teilweise haarsträubende Unaufmerksamkeiten. Trainer Hansi Flick stellt deshalb nun eine Forderung auf – und für Leroy Sané gibt es klare Aufträge.

          Newsletter

          Immer auf dem Laufenden Sie haben Post! Abonnieren Sie unsere FAZ.NET-Newsletter und wir liefern die wichtigsten Nachrichten direkt in Ihre Mailbox. Es ist ein Fehler aufgetreten. Bitte versuchen Sie es erneut.
          Vielen Dank für Ihr Interesse an den F.A.Z.-Newslettern. Sie erhalten in wenigen Minuten eine E-Mail, um Ihre Newsletterbestellung zu bestätigen.