CPUs bestehen aus Milliarden winziger Transistoren, elektrische Gates, die sich ein- und ausschalten, um Berechnungen durchzuführen. Dafür brauchen sie Strom, und je kleiner der Transistor, desto weniger Strom wird benötigt. „7nm“ und „10nm“ sind Maße für die Größe dieser Transistoren – „nm“ ist Nanometer, eine winzige Länge – und sind eine nützliche Kennzahl, um zu beurteilen, wie leistungsstark eine bestimmte CPU ist.
Als Referenz ist „10nm“ Intels neuer Herstellungsprozess, der im vierten Quartal 2019 auf den Markt kommen soll, und „7nm“ bezieht sich normalerweise auf den Prozess von TSMC, auf dem AMDs neue CPUs und Apples A12X-Chip basieren.
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Warum sind diese neuen Prozesse so wichtig?
Das Mooresche Gesetz, eine alte Beobachtung, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Chip jedes Jahr verdoppelt, während die Kosten halbiert werden, wurde lange Zeit gehalten, hat sich aber in letzter Zeit verlangsamt. In den späten 90er und frühen 2000er Jahren schrumpfte die Größe von Transistoren alle zwei Jahre um die Hälfte, was regelmäßig zu massiven Verbesserungen führte. Aber das weitere Schrumpfen ist komplizierter geworden, und wir haben seit 2014 keinen Transistor-Schrumpfer von Intel gesehen. Diese neuen Prozesse sind die ersten großen Schrumpfer seit langer Zeit, insbesondere von Intel, und stellen eine kurze Wiederbelebung des Mooreschen Gesetzes dar.
Da Intel hinterherhinkt, hatten sogar mobile Geräte eine Chance, aufzuholen, wobei Apples A12X-Chip im 7-nm-Prozess von TSMC hergestellt wird und Samsung einen eigenen 10-nm-Prozess hat. Und mit AMDs nächsten CPUs auf dem 7-nm-Prozess von TSMC ist dies eine Chance für sie, bei der Leistung an Intel vorbeizuspringen und dem Monopol von Intel auf dem Markt eine gesunde Konkurrenz zu verschaffen – zumindest bis Intels 10-nm-„Sunny Cove“-Chips in die Regale kommen.
Was das „nm“ wirklich bedeutet
CPUs werden mit Fotolithografie, bei dem ein Abbild der CPU auf ein Stück Silizium geätzt wird. Die genaue Methode, wie dies geschieht, wird normalerweise als Prozessknoten bezeichnet und daran gemessen, wie klein der Hersteller die Transistoren herstellen kann.
Da kleinere Transistoren energieeffizienter sind, können sie mehr Berechnungen durchführen, ohne zu heiß zu werden, was normalerweise der limitierende Faktor für die CPU-Leistung ist. Es ermöglicht auch kleinere Die-Größen, was die Kosten senkt und die Dichte bei gleichen Größen erhöhen kann, was mehr Kerne pro Chip bedeutet. 7-nm ist effektiv doppelt so dicht wie der vorherige 14-nm-Knoten, was es Unternehmen wie AMD ermöglicht, zu veröffentlichen 64-Core-Serverchips, eine massive Verbesserung gegenüber ihren vorherigen 32 Kernen (und Intels 28).
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Intel zwar noch auf einem 14-nm-Knoten ist und AMD seine 7-nm-Prozessoren sehr bald auf den Markt bringen wird, dies jedoch nicht bedeutet, dass die von AMD doppelt so schnell sein werden. Die Leistung skaliert nicht genau mit der Transistorgröße, und bei so kleinen Maßstäben sind diese Zahlen nicht mehr so genau. Die Messungen der einzelnen Halbleitergießereien können von einer zur anderen variieren, daher ist es am besten, sie eher als Marketingbegriffe zur Segmentierung von Produkten und nicht als genaue Messungen von Leistung oder Größe zu betrachten. Zum Beispiel wird erwartet, dass Intels kommender 10-nm-Knoten mit dem 7-nm-Knoten von TSMC konkurrieren wird, obwohl die Zahlen nicht übereinstimmen.
Mobile Chips werden die größten Verbesserungen erfahren
Bei einer Knotenverkleinerung geht es jedoch nicht nur um die Leistung; es hat auch enorme Auswirkungen auf mobile und Laptop-Chips mit geringem Stromverbrauch. Mit 7 nm (im Vergleich zu 14 nm) könnten Sie bei gleicher Leistung 25 % mehr Leistung erzielen, oder Sie erhalten dieselbe Leistung bei halber Leistung. Das bedeutet längere Akkulaufzeiten bei gleicher Leistung und viel leistungsstärkere Chips für kleinere Geräte, da Sie effektiv doppelt so viel Leistung in das begrenzte Leistungsziel stecken können. Wir haben bereits gesehen, wie der A12X-Chip von Apple einige ältere Intel-Chips in Benchmarks zerquetscht, obwohl er nur passiv gekühlt und in ein Smartphone gepackt ist, und das ist nur der erste 7-nm-Chip, der auf den Markt kommt.
Eine Knotenverkleinerung ist immer eine gute Nachricht, da schnellere und energieeffizientere Chips fast jeden Aspekt der Technologiewelt beeinflussen. 2019 wird mit diesen neuesten Knoten ein aufregendes Jahr für die Technologie, und es ist gut zu sehen, dass Moores Gesetz noch nicht ganz tot ist.