Apple könnte in diesem Jahr im Alleingang den nächsten Schritt in der Halbleiter-Technologie gehen. Denn der Hardware-Riese aus Cupertino will Gerüchten zufolge noch in diesem Jahr erste iPhones und möglicherweise auch Macs herausbringen, die im 3-Nanometer-Verfahren gefertigt sind.

Drei Nanometer - das klingt ganz schön klein. Aber was versteckt sich hinter dem Begriff? Was genau ist denn da drei Nanometer groß? Die traurige Antwort: gar nichts. Denn mit der Nanometer-Angabe wird zwar noch immer ein Fortschreiten der Halbleiter-Architektur angezeigt. Mit einer tatsächlichen Maßeinheit hat der Begriff aber nichts mehr zu tun.

Was wird mit der Nanometer-Angabe gemessen?

Bevor wir tiefer ins Thema einsteigen können, braucht es zuerst einen kleinen Exkurs in Halbleiter-Architektur. Denn um die Nanometer-Angabe zu verstehen, muss man erst einmal MOSFETs verstehen.

MOSFET steht für Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors. Zu Deutsch kann man das mit Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren übersetzen. Es handelt sich also um Transistoren, einfach heruntergebrochen um elektronische Schalter auf dem Computer-Chip.

Jeder dieser MOSFETs besteht aus mindestens drei Elektroden, die man als Source, Drain und Gate bezeichnet. Für uns ist vor allem das Gate wichtig. Diese Steuerelektrode dient der Isolierung des Transistors und verhindert den direkten Fluss von Ladungen auf dem MOSFET.

Die Nanometer-Angabe entsprach bis Ende der 90er der Größe eines solchen Gates. Da es sich beim Gate um ein besonders kleines Bauteil handelt, bot es sich ursprünglich gut dafür an, technologischen Fortschritt bei der Miniaturisierung von Halbleitern zu messen.

In der Praxis bedeutete das lange: Je kleiner die Nanometer-Angabe, desto mehr Transistoren haben auf gleicher Fläche Platz. Damit einher gingen etwa eine schnellere Verarbeitung und eine geringere Hitzeentwicklung aufgrund des geringeren Abstandes zwischen den Transistoren. Außerdem wurde für den Elektronenfluss weniger Energie notwendig, was den Verbrauch senkte.

Warum Nanometer nicht mehr Nanometer bedeutet

1997 endete der Zusammenhang zwischen tatsächlicher Gate-Größe und Nanometer-Bezeichnung. Bis dahin hatte zumindest Intel seine Architektur stets nach der tatsächlichen Größe der Steuerelektrode benannt.

Mit der Einführung von 0,25 Micron kurz vor der Jahrtausendwende änderte sich das. Denn die Gate-Größe entsprach hier nicht, wie der Name andeutete, 250 Nanometern. Stattdessen war das Gate mit rund 200 Nanometern deutlich kleiner - eine Praxis, die Intel bis 2011 beibehalten sollte.

Dann begann, was das Electronic Engineering Journal als Jahrzehnt der Übertreibung bezeichnet. Seitdem lag die tatsächliche Nanometer-Größe über der des verwendeten Begriffs. So beträgt die Gate-Größe bei Intels 10-nm-Verfahren etwa ganze 18 Nanometer, der zeitweise als Ersatzgröße verwendete Gate-Abstand sogar stolze 54 Nanometer.

Warum das ein Problem ist

Der Nanometer-Begriff bezeichnet damit heute also zwar immer noch die Architektur, in der ein Halbleiter gefertigt wurde. Mit der tatsächlichen Gate-Größe hat er aber nicht mehr viel zu tun. Stattdessen soll die Nanometer-Angabe vor allem den technischen Fortschritt aufzeigen, den ein Hersteller zwischen zwei Architekturen gemacht hat.

In der Praxis heißt das: Intels 7-nm-Verfahren ist besser als das hauseigene 10-nm-Verfahren. Gerade zwischen verschiedenen Herstellern lässt sich ein solcher Vergleich aber nicht ziehen. Denn was bei Intel als 10 Nanometer bezeichnet wird, hat wenig zu tun mit den 10 Nanometern von Samsung oder TSMC, dem Auftragsfertiger für unter anderem Apple und AMD.

Immer wieder werden daher Rufe nach dem Ende der Nanometer-Angabe laut. Stattdessen solle man ein neues System einführen, das wieder für eine klare Vergleichbarkeit zwischen den Unternehmen sorgt. Bisher aber hat sich keine alternative Bezeichnung gegenüber der Nanometer-Angabe durchsetzen können, weshalb Hersteller wie Kunden weiterhin mit der recht verwirrenden Angabe zurechtkommen müssen.

Wie diese Kleinstbauteile überhaupt auf den Chip kommen und warum von einem niederländischen Unternehmen deshalb die Zukunft der Halbleiterindustrie abhängt? Alex verrät es euch in seinem Artikel.