Intel hat auf seiner Intel Foundry Direct 2025 Veranstaltung in San Jose, Kalifornien, wichtige Neuheiten zur 14A-Prozesstechnologie vorgestellt, die für die Risikoproduktion im Jahr 2027 geplant ist. Diese neue Technologie verspricht eine signifikante Reduzierung des Stromverbrauchs um bis zu 35 Prozent und eine Steigerung der Leistung bei gleichem oder geringerem Energieaufwand. Gleichzeitig führt Intel mit den sogenannten Turbo Cells eine innovative Designlösung ein, die darauf abzielt, die maximale Taktfrequenz von CPUs und GPUs zu erhöhen und damit die Performance kritischer Signalwege zu optimieren. Diese Kombination aus fortschrittlicher Fertigungstechnik und durchdachtem Chip-Design könnte die nächste Generation von Prozessoren maßgeblich prägen und neue Maßstäbe für Effizienz und Geschwindigkeit setzen. Die 14A-Technologie wird als Nachfolger der 18A-Prozessknoten positioniert und bringt gegenüber diesem eine Leistungssteigerung von 15 bis 20 Prozent pro Watt mit sich.
Das bedeutet, dass Chips, die auf 14A basieren, entweder mit deutlich höheren Taktraten operieren oder bei gleichbleibender Leistung einen erheblich geringeren Stromverbrauch erreichen können. Entscheidend für diese Verbesserungen ist Intels neue PowerDirect-Technologie, ein direktkontaktierendes Backside Power Delivery Network, das eine effizientere Stromversorgung direkt auf der Rückseite des Chips ermöglicht und so das Leistungsangebot optimiert. Zudem erweitert Intel den Spielraum des Spannungs-/Frequenzspektrums durch einen größeren Threshold-Spannungsbereich (Vt), was eine feinere Anpassung der Betriebsspannungen und damit eine verbesserte Balance zwischen Leistung und Energieverbrauch erlaubt. Ein weiterer bedeutender Fortschritt bei der 14A-Technologie ist die überarbeitete Version der RibbonFET-Transistoren, jetzt als RibbonFET 2 bezeichnet. Diese Transistoren bestehen aus vier gestapelten Nanosheets, die vollständig vom Gate umschlossen sind, was eine deutlich dichtere und schnellere Schalteffizienz ermöglicht.
Während Intel bislang keine detaillierten technischen Spezifikationen zu RibbonFET 2 veröffentlicht hat, ist bekannt, dass diese neuartige Struktur die Transistorendichte gegenüber dem 18A-Knoten um das 1,3-fache steigert und damit eine noch kompaktere und leistungsfähigere Chip-Architektur realisiert. Die eigentliche Herausforderung bei der Entwicklung von Hochleistungschips liegt jedoch in den sogenannten kritischen Pfaden, den Signalwegen, die aufgrund ihrer Verzögerungen die maximale Taktfrequenz des gesamten Prozessors bestimmen. In einem Prozessor wandern Signale durch verschiedene Leitungen und Logikgatter, deren Verzögerungen den Taktzyklus limitieren. Besonders die langsamsten oder am stärksten belasteten Verbindungen – die kritischen Pfade – verhindern, dass die CPU auf höhere Frequenzen getaktet werden kann, da sie andernfalls Timingfehler erzeugen würden. Bisher waren bei solchen kritischen Pfaden oft Transistoren mit höherer Schaltgeschwindigkeit im Einsatz, was jedoch mit Kompromissen bei Stromverbrauch und Bauteildichte einhergeht.
Intel verfolgt mit den neuen Turbo Cells einen innovativen Ansatz, um dieses Dilemma zu entschärfen. Turbo Cells sind eine spezielle Familie von Standardzellen, also vorgefertigten logischen Baueinheiten, die in unterschiedlichen Varianten für verschiedene Anforderungen zur Verfügung stehen. Die 14A-Architektur nutzt drei unterschiedliche Standardzellenbibliotheken: eine 'tall' Variante mit hoher Frequenzoptimierung und höherem Stromverbrauch, eine 'mid-size' für ein ausgewogenes Verhältnis aus Leistung und Energieeffizienz sowie eine 'short' Variante mit Fokus auf hohe Dichte und Leistungsverbrauchsoptimierung. Die Short Library ist besonders wichtig für CPUs und GPUs, da sie eine maximale Anzahl von Transistoren auf kleinstem Raum ermöglicht und damit die Effizienz steigert. Turbo Cells verbinden die Vorteile dieser Bibliotheken, indem sie leistungsstarke Transistoren für die kritischen Pfade zugänglich machen, ohne dabei die sonstige Chipstruktur erheblich zu vergrößern.
Technisch gesehen handelt es sich bei Turbo Cells um sogenannte Double-Height-Libraries, die aus zwei Standardzellreihen bestehen, dabei aber eine optimierte Anordnung von verbreiterten und zusammengeführten nanosheetförmigen nMOS und pMOS Transistoren bieten. Diese erlauben eine Steigerung des Antriebstroms – also die Fähigkeit, Signale schneller zu schalten – während die Flächeneffizienz weitgehend erhalten bleibt. Die Möglichkeiten reichen von der Anpassung der Nanobandbreite bis zum gezielten Verschmelzen einzelner Transistoren innerhalb der Zellen, was eine präzise Abstimmung der Performance-Parameter je nach Anwendung erlaubt. Ein wichtiger Vorteil der Turbo Cell Technologie ist die Flexibilität. In einem Designblock können beispielsweise leistungsfähigere, leistungshungrige Zellen an kritischen Stellen mit stromsparenderen und dichter gepackten Zellen kombiniert werden.
So entsteht ein maßgeschneidertes Gleichgewicht zwischen Leistung, Verbrauch und Chipfläche. Dies ist insbesondere bei der vielfältigen Taktanforderung moderner CPUs und GPUs von großer Bedeutung, da nicht alle Teile eines Chips gleichermaßen hohe Frequenzen erreichen oder benötigen. Die Auswirkungen auf die Produktwelt werden sich voraussichtlich ab 2027 zeigen, wenn die ersten Prozessoren auf Basis der 14A-Technologie und der Turbo Cells in die Risikoproduktion gehen. Die Verbindung aus einem dichten, effizienten Fertigungsprozess und einer durchdachten Designinnovation kann nicht nur zu höher getakteten Chips führen, sondern auch zur signifikanten Senkung des Energieverbrauchs und zur besseren Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums. Dies ist ein entscheidender Schritt in einer Zeit, in der Leistungssteigerungen durch höhere Taktraten immer schwieriger umzusetzen sind und Effizienzgewinne einen zentralen Stellenwert einnehmen.
