von: Nitin Kulkarni

Bevor sich die Aufmerksamkeit der Branche auf die nächste große internationale Tech-Konferenz, den MWC, richtet, möchte ich Ihnen einige Einblicke in die CES geben. Die diesjährige Veranstaltung war mit mehr als 3.800 ausstellenden Unternehmen auf einer Fläche von mehr als 2,6 Millionen Quadratmetern rekordverdächtig. Darüber hinaus begrüßte die Messe mehr als 600 Start-ups auf dem Eureka Park Marketplace - sie alle präsentierten die vernetzte Zukunft der Technologie.

Hier sind einige der wichtigsten Trends und Erkenntnisse, die ich bei meinem Rundgang auf der CES 2017 gewonnen habe:

1. Das vernetzte Zuhause wird intelligenter und zielgerichteter

Im Vergleich zur CES in den vergangenen Jahren sind die Geräte in diesem Jahr intelligenter geworden, weil die Elektronikunternehmen darauf setzen, dass die Verbraucher intelligente persönliche Assistententechnologie für das vernetzte Zuhause annehmen, z. B. sprachgesteuerte Geräte und intelligente LED-Glühbirnen, die über eine Telefonschnittstelle Farbe, Licht und Helligkeit ändern. Mehrere Unternehmen boten "Smart Home Kits" an, und zu den ausgestellten Produkten gehörten intelligente Lautsprecher, intelligente Beleuchtung, intelligente Geräte (weiße Ware), Haushaltsroboter und sogar ein intelligenter Spiegel, der Ihr Gesicht auf Falten untersucht! Amazons Alexa war in mehreren Geräten zu sehen.

WiFi-Systeme mit mehreren Knoten, auch bekannt als "Whole Home WiFi", werden zu einem Teil der "intelligenten" Heiminfrastruktur, da sie ein WiFi-Netzwerk über einen großen Bereich ausbreiten können, indem sie einfach einen Knoten hinzufügen, wo es notwendig ist, ohne dass ein zusätzliches Gateway oder ein Router erforderlich ist. Mit der Einführung von Bluetooth 5.0 in Verbindung mit der Bluetooth-Mesh-Technologie kann die Reichweite des drahtlosen Signals in Innenräumen vervierfacht werden (im Vergleich zu Bluetooth 4.x), so dass ein Haus über mehrere Bluetooth-Geräte abgedeckt wird.

2. Virtuelle Realität wird real

AR/VR/MR war überall! Die CES war der beste Ort, um einige der neuesten AR/VR-Geräte in der Praxis zu erleben. Wir haben alles gesehen, von Stiefeln, mit denen man die digitalen Welten, durch die man geht, fühlen kann, bis hin zu einer Kerze, die einen riechen lässt.

An vorderster Front der mobilen AR/VR stand der Snapdragon™ 820/835 von Qualcomm®. Der 835 wurde für AR-Smartglasses für mobile Unterhaltung und Datenverarbeitung beworben. VR ist auch einer der Schlüsselbereiche, der extrem leistungsstarke PC-Designs auf der Grundlage schneller und fortschrittlicher Architekturen erfordert.

3. Intelligentere, kleinere Drohnen

Die Drohnentechnologie kann jetzt fortschrittlichere technische Funktionen wie die Erkennung und Vermeidung von Hindernissen in Echtzeit während des Fluges unterstützen.

Viele Drohnen unterstützen 4K-Kameras, 10-30 Minuten Flugzeit, 2,4-GHz-WiFi, hochpräzise GPS-Module mit verbesserter Ortungsgenauigkeit (einige unterstützen den Follow-Me-Modus), einige mit 360-Grad-Ansicht. Die Akkulaufzeit wird durch Fortschritte bei der Entwicklung des Akkumanagements und der Implementierung von Software-Algorithmen in die Drohnenarchitektur kontinuierlich verbessert. Einige der ausgestellten Drohnen verfügen über fortschrittlichere Funktionen wie 3D-Gelände-/Oberflächenkartierung in Echtzeit, die in Branchen wie Landwirtschaft, Land-/Ressourcenmanagement und Gebäude-/Architekturvisualisierung eingesetzt werden können.

Heutzutage sind Spielzeugdrohnen für den Freizeit-/Hobbybereich für weniger als 100 Dollar erhältlich, aber auch High-End-Drohnen mit erweiterten Funktionen (mit längeren Flugzeiten und Reichweiten), die über 2500 Dollar kosten.

4. Verschmelzung von Elektronik und Automobil

In diesem Jahr kam es zu einer echten Synthese zwischen der Automobil- und der Elektronikindustrie, wobei Hunderte von Automobilunternehmen ihre neuen Automobiltechnologien vorstellten, die von selbstfahrenden Systemen und Elektroautos bis hin zu neuen Benutzerschnittstellen reichten.

Für die Umsetzung des autonomen Fahrens ist nun digitales Know-how erforderlich. Zu den Highlights der neuen Plattformen gehörte die Integration von LTE-Konnektivität der Gigabit-Klasse in das Auto mit Konnektivität mit hoher Bandbreite über WiFi, Ethernet, BT und BLE im Auto. Zu den weiteren "Treibern" der Messe gehörten die Ankündigung führender Automobilhersteller, ein neues UI-Konzept zu integrieren, bei dem es sich um ein virtuelles, frei schwebendes Display handelt, das über Fingergesten gesteuert wird, sowie neue Partnerschaften für ein KI-gesteuertes Auto im Jahr 2018.

Audio- und Spracherkennungstechnologien werden in Zukunft eine große Rolle spielen - wie die Integration von Amazons Alexa und Microsofts digitalem Assistenten Cortana durch eine Reihe von Automobilherstellern gezeigt hat. Darüber hinaus ist das Auto eine Erweiterung der digitalen und sozialen Konnektivität des Nutzers, und Fahrzeug-Infotainment-Systeme (IVI) benötigen zusätzlichen Speicherplatz für umfangreiche Multimedia-Daten sowie fortschrittliche Software und Anwendungen. Die FDX-Technologieplattform von GF ermöglicht IVI-Systeme für die Automobilindustrie.

5. Wearables werden erwachsen

Der Markt für Wearables hat sich weit über die Grenzen der Technologie für das Handgelenk hinaus entwickelt. Wir haben intelligente Haarbürsten gesehen, die Sie dazu anleiten, besser zu bürsten, eine neue Bekleidungslinie, die die Schlafqualität verbessern soll, und Kopfhörer, die Ihr Gehirn auf eine schnellere Anpassung an Bewegung vorbereiten sollen - viele coole Tools für die digitale Gesundheit sind in Sicht.

Wearables sind zusammen mit anderen elektronischen Geräten ein wichtiger Bestandteil des IoT und werden die Rolle von Datenproduzenten spielen. Ein Beispiel wären tragbare Gesundheitsgeräte. Da die von den Geräten am Rande des Netzes erfassten physischen Daten in der Regel privat sind, könnte die Verarbeitung der Daten am Rande des Netzes die Privatsphäre der Nutzer besser schützen als das Hochladen von Rohdaten in die Cloud.

Die Unterhaltungselektronik wird für die gesamte globale Technologiebranche immer wichtiger, und die CES ist der Ort, der auf eine stärker vernetzte Zukunft hinweist. Immer mehr Geräte gehen online und vernetzen sich untereinander, und die Nutzer interagieren auf neue Weise mit ihren Geräten.

Netze, die den Datenverkehr übertragen, und Rechenzentren, die die Rohdaten nutzen und in schnellere Entscheidungsfindungen und Ergebnisse umwandeln, führen zu neuen Anforderungen an Halbleiter, die energieeffizient, optimiert und kostengünstig für IoT-Knoten sind. Der Übergang zu modernster 28-nm-, 22-nm- und 14-nm-Prozesstechnologie (und darüber hinaus) sowie das Wachstum von Edge-Node-Computing sind in vollem Gange. Die CMOS-, RF- und ASIC-Technologien von GF sind auf diesen Wandel ausgerichtet. Unsere FD-SOI- (FDX) und FinFET-Plattformen zielen insbesondere auf den High-End- und Mid-End-Markt ab.

Entscheidend dafür ist die Fähigkeit, energie- und kosteneffizient zu erfassen, zu verarbeiten, zu steuern und zu kommunizieren. Zu den wesentlichen Anforderungen an IoT-Geräte gehören geringer Stromverbrauch, kosteneffiziente Leistung, RF-Konnektivität, hervorragende Analog-/Strom-Integration und kleinere Gehäuse. Alle diese IoT-Trends passen gut zu den Technologieangeboten von GF - kostengünstige, effiziente, skalierbare und zuverlässige Lösungen. Unser einzigartiges FDX-Portfolio unterstützt zahlreiche drahtgebundene und drahtlose Produkte für eine Reihe von Anwendungen, darunter die RF-Lösungen mit dem niedrigsten Stromverbrauch der Branche, bei denen GF der etablierte Marktführer im Bereich RF SOI ist, um die anspruchsvollen Anforderungen des IoT zu erfüllen.

Halbleiter spielen eine enorme Rolle bei der Entwicklung dieser coolen neuen Geräte, die wir jedes Jahr auf der CES sehen - eine einmalige technologische Chance.

GLOBALFOUNDRIES, das GF-Logo und Kombinationen davon sind Marken von GF Inc. in den Vereinigten Staaten und/oder anderen Ländern. Andere Produkt- oder Dienstleistungsnamen dienen nur zu Identifikationszwecken und können Marken oder Dienstleistungsmarken ihrer jeweiligen Eigentümer sein. Die Verwendung dieser Namen, Logos und Marken impliziert keine Befürwortung.

Alle fotografischen Abbildungen wurden von Nitin Kulkarni, GF, zur Verfügung gestellt.

Von Dave Lammers

Nun, da der magnetoresistive Direktzugriffsspeicher (MRAM) nach mehr als zwei Jahrzehnten Entwicklungsarbeit den Punkt erreicht hat, an dem er in größerem Umfang eingesetzt werden kann, stellt sich die Frage: Wie werden die Entwickler ihn einsetzen? Wie wird MRAM in den vernetzten Systemen in den Bereichen Mobilfunk, Automobil und IoT zum Tragen kommen? Der MRAM-Pionier Everspin Technologies (Chandler, Ariz.) hat in den letzten zwei Jahren diskrete MRAMs von GF ausgeliefert, vor allem für den Markt der Cache-Pufferung, so der Analyst Tom Coughlin. Mit Geschwindigkeiten, die mit denen von DRAMs konkurrieren können, und einer im Grunde unbegrenzten Datenspeicherung ist MRAM laut Coughlin "der beste Kandidat, um bestehende nichtflüchtige Speicher in Computerarchitekturen zu ersetzen."

Mobile Geräte und andere Systeme verfügen oft über große Mengen an SRAM, so Coughlin, und müssen Zeit und Energie aufwenden, um den Speicherzustand zu erhalten, wenn der Strom abgeschaltet wird oder ein System sich aufhängt. Da MRAM praktisch ohne zusätzlichen Stromverbrauch ein- und ausgeschaltet werden kann, können die Systementwickler viel mehr Stromsparmaßnahmen durchführen und den Strom abschalten, um die Batterie zu schonen. Es entstehen keine Energieverluste, wenn ein normalerweise ausgeschaltetes System wieder zum Leben erwacht. "Für mobile Geräte ermöglicht MRAM viel mehr Stromsparmodi, was batteriebetriebenen Systemen helfen kann", so Coughlin. Die stromsparenden Fähigkeiten von MRAM sind etwas überraschend, denn früher wurde MRAM vorgeworfen, dass es sehr viel Strom verbraucht. In den letzten 25 Jahren hat sich die Technologie von einem thermisch unterstützten Sandwich-Layer-MRAM zu einer pMTJ ST-MRAM-Architektur (perpendicular magnetic tunnel junction, spin-transfer) entwickelt. Zurück zur Frage: Wo passt MRAM hin? Denken Sie zunächst daran, wie schnell sich die Elektronikindustrie verändert und wo die Chancen liegen. Neue Produktkategorien wie Augmented-Reality-Systeme, selbstfahrende Fahrzeuge, Drohnen und eine ganze Reihe von IoT-Technologien stehen unmittelbar vor der Tür. Dave Eggleston, der Vizepräsident für eingebettete Speicher bei GLOBALFOUNDRIES, weist darauf hin, dass die meisten dieser neuen Systeme von einer schnellen visuellen Bildverarbeitung abhängen. Ein Auto muss Bilddaten in Echtzeit verarbeiten, um einen Unfall zu vermeiden, was visuelle Bildprozessoren und schnelle Speicher erfordert. "Eine Drohne ist ein großartiges Beispiel dafür, dass ein geringeres Gewicht erforderlich ist und energieeffizientere Schaltkreise zu längeren Flugzeiten führen. Wie navigiert eine Drohne? Sie zieht 3D-Karten ein. Sie verfügt über ein eigenes Bildverarbeitungssystem mit gespeicherten Informationen über die Topografie, um Echtzeitinformationen zu erhalten", so Eggleston. Mit MRAM ist es möglich, einige beeindruckende Eigenschaften zu erzielen: 1000-mal höhere Ausdauer und 1000-mal schnellere Schreibgeschwindigkeiten als eFlash; dichter und vielseitiger als SRAM, und die Fähigkeit, sich in einen CMOS-Logikprozess zu integrieren, ohne die Logiktransistoren zu stören. Außerdem ist eingebettetes MRAM (eMRAM) eine Technologie mit geringer Maskenzahl, die nur vier zusätzliche Maskenschichten erfordert, während für eFlash bei fortgeschrittenen Knotenpunkten ein Dutzend oder mehr erforderlich sind. Eggleston konnte sich anfangs nicht vorstellen, dass MRAM sofort für eingebettete Anwendungen geeignet sein würde. "Ich bin mir nicht sicher, ob ich Ihnen das vor zehn Jahren gesagt hätte. Aber da die magnetischen Verbindungen im hinteren Teil der Fertigungslinie hergestellt werden und sich leichter in einen Logikprozess integrieren lassen, machen die eingebetteten Anwendungen Sinn", sagte er.

MRAM als Arbeitsspeicher

Die Vorstellung, dass eMRAM einfach nur etwas anderes ersetzt, ist wahrscheinlich nicht die beste Art, darüber nachzudenken, insbesondere bei den fortschrittlichen SoCs, die für aufstrebende Märkte benötigt werden. Es eröffnet neue Möglichkeiten bei den Arbeitsspeichern für mobile, IoT-, Automobil- und andere vernetzte Anwendungen, so Eggleston. Bei einem komplexen Chip mit beispielsweise vier Grafikverarbeitungseinheiten und einer visuellen Verarbeitungseinheit könnte ein MRAM-Modul den Code und ein anderer Block eMRAM die Daten speichern. "Durch die Speicherung von Daten in einem nichtflüchtigen Medium wird man SRAM nicht los, weil eMRAM nicht so schnell ist, aber man kann die Menge an SRAM verringern und eMRAM als SRAM-ähnlichen Speicher verwenden. Das macht das Design kosteneffektiv, weil eMRAM dichter ist als SRAM. Man erhält mehr Daten für eine kleinere Chipgröße", so Eggleston. Software- und SoC-Designer werden neue Fähigkeiten erlernen, indem sie die "Persistenz"-Eigenschaften (Datenerhaltung) von eMRAM nutzen. Die Kosten- und Leistungsvorteile von eMRAM sind laut Eggleston die Voraussetzungen dafür, dass eMRAM zu einer glaubwürdigen Alternative zu eFlash wird. Aber erst die neuen Möglichkeiten, die eMRAM bietet, werden die Systementwickler zu der Frage verleiten: "Wie kann ich es in meiner Chip-Architektur einsetzen? Coughlin, der früher im Technologiemanagement mehrerer Festplattenunternehmen tätig war, sagte, MRAM habe "definitiv eine Nische, in der es einige DRAM- und SRAM-Speicher ersetzen kann. Es könnte NOR ersetzen. Was wir sehen, ist fast eine kambrische Explosion im Speicherbereich, bei der NAND-Flash weiterhin für Massenspeicher verwendet wird, während wir eine andere Speicherebene sehen, bei der MRAM oder der Intel-Micron-Phasenwechsel-Speicher in einigen Anwendungen eingesetzt wird." Da neue Anwendungen eine höhere Leistung erfordern und IoT-Systeme viel mehr Daten generieren, werden Systementwickler mehrere Speicherschichten verwenden. SRAM und DRAM werden durch neue Schichten von Phasenwechsel- oder Widerstandsspeichern und NAND ergänzt werden, so Coughlin. "Es wird eine sehr interessante Zeit sein, und wir werden sehen, wie sich das alles entwickelt. Ich glaube, dass MRAM eine solide Basis hat, um Teil dieser Menagerie zu sein", sagte er.

22FDX® eMRAM

Eggleston sagte, dass GF den eingebetteten Flash-Speicher weiter ausbauen wird, aber GF plant, eMRAM mit einer anderen Technologie zu kombinieren, die Vorteile bei der Maskenzahl hat: die 22FDX-Plattform auf Basis von vollständig verarmtem SOI. Die 22FDX-basierten Produkte werden ab 2017 auf den Markt kommen, und eMRAM wird laut Eggleston im darauf folgenden Jahr verfügbar sein. Dieser Zeitplan steht im Gegensatz zu den üblichen vier oder fünf Jahren, die es dauert, NVM auf eine neue Logiktechnologie zu bringen. "Für Kunden, die eingebetteten Speicher benötigen, ist es ein großer Gewinn, eMRAM so kurz nach der ( 22FDX- )Logikeinführung auf den Markt zu bringen. Mit eMRAM müssen die Kunden ihre Designs nicht neu charakterisieren, da eMRAM eine Erweiterung der Plattform ist und nicht eine eigene Plattform", sagte er. Da eMRAM die zugrundeliegenden Transistoren nicht verschiebt, können Entwickler effizient ein 22FDX-basiertes SoC mit integriertem eMRAM bauen, das mit einer Logikspannung läuft. "eMRAM ist unkompliziert, lässt sich unglaublich gut integrieren und läuft mit einer Logikspannung", sagte er.

Erfahrung in der Fertigung

Andere Unternehmen haben öffentlich auf ihre eigenen MRAM-Entwicklungsprogramme hingewiesen. Coughlin merkte an, dass Everspin, das früher CMOS-Logik-Wafer nahm und sein MRAM am hinteren Ende der Linie anbrachte, jetzt mit GF als vollständigem Fertigungspartner zusammenarbeitet. Die von Everspin verkauften diskreten MRAMs mit einer Dichte von 256 Mbit und bald auch 1 Gigabit werden von GF hergestellt. Coughlin schätzt, dass Everspin bisher etwa 60 Millionen diskrete MRAMs verkauft hat.

Quelle: Everspin, MRAM-Führung über drei Generationen

Die jahrelange Produktionserfahrung, die GF durch die Zusammenarbeit mit Everspin gewonnen hat, hat zu wichtigen Erkenntnissen in den Bereichen Abscheidung, Ätzung, Messtechnik und anderen Produktionsprozessen geführt, die für die mehrschichtigen Magnetstapel in MRAMs einzigartig sind. Coughlin sagte, dass die Produktions- und Technologiepartnerschaft mit Everspin GF einen Vorsprung im Bereich eMRAM verschafft hat. "Ich denke, es ist eine sehr wichtige Pionierarbeit. Sie hat den Partnern einen Vorsprung bei den tatsächlichen Produkten verschafft, aber sie müssen fleißig sein, um ihren Vorsprung zu halten", sagte Coughlin. Eggleston sagte, dass die Spin-Transfer-MRAM-Arbeit zwischen GF und Everspin in den vergangenen zwei Jahren, in denen die Wafer in Betrieb waren, eine Menge Lernzyklen" ermöglicht hat. "Wenn wir mit 22FDX eMRAM in Produktion gehen, werden wir bereits seit vier Jahren MRAM herstellen. Das beschleunigt definitiv die Markteinführung unserer Embedded-Lösung", sagte er.

Der VP der ASIC-Produktlinie von GLOBALFOUNDRIES berichtet, wie der rigorose Ansatz des Teams bei der Designimplementierung und die Methodik entscheidende Faktoren für den erstmaligen Siliziumerfolg eines großen Netzwerkkunden waren. Die Entwicklung komplexer ASICs und deren termingerechte Lieferung ist keine leichte Aufgabe. Sie erfordert eine leistungsstarke Kombination aus Designkompetenz, bewährten Methoden und robuster Prozesstechnologie. Vor einem Jahr, mit der Einführung der ersten ASIC-Plattform von GF, FX-14®, haben wir mit einer neuen Pipeline von ASIC-Angeboten auf unserer 14-nm-FinFET-Prozesstechnologie (14LPP) Wettbewerbsvorteile erzielt. Seitdem haben wir unser reichhaltiges ASIC-Fachwissen aus der Übernahme von IBM Microelectronics mit der Produktionsgröße und dem verbesserten Zugang zu IP und Design-Tools kombiniert, um einer neuen Generation von Kunden die einfache Anpassung ihrer Chip-Designs an dasFX-14-Angebotzu ermöglichen.

GF verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in den Bereichen High-Speed-Interconnects, Speicher, Prozessoren und Packaging

Ich freue mich, Ihnen heute einen spannenden Meilenstein auf unserem Weg mitteilen zu können: Wir haben den ersten richtigen Silizium-Erfolg für ein Hauptprodukt erzielt, das unsere FX-14™ ASIC-Plattform nutzt. Ein großer Netzwerkkunde (der anonym bleiben möchte) hat innerhalb einer Woche ein Board fertiggestellt und einen voll funktionsfähigen ASIC-Chip gemeldet. Ein solch aggressiver Zeitplan wäre für jedes Produkt beeindruckend, aber dies ist kein gewöhnlicher Chip - das hochkomplexe Design umfasste einen leistungsstarken ARM® 64-Bit-Kern, ein DDR-Speicher-Subsystem mit DDR-Speicher-Controllern und PHYs, mehrere Hochgeschwindigkeits-Backplane-SerDes, die ein breites Spektrum an Schnittstellenstandards abdecken, dichte 1- und 2-Port-SRAMs, Hochfrequenz-E/As und PLLs. Wie haben wir das erreicht? Ein Schlüsselfaktor unseres Ansatzes ist die Verwendung einer integrierten, auf einem Testchip basierenden Methodik, mit der wir unsere Designimplementierung und Methodik lange vor der Markteinführung des Kundenprodukts auf Herz und Nieren prüfen. Unsere ASIC-Design-for-Test-Funktionen umfassen Full Scan, IEEE 1149.1 und 1149.6 JTAG Boundary Scans und komplexe IP, die den IEEE 1687-Standard erfüllen. Darüber hinaus verwenden wir einen dreistufigen Netzlistensignierungsprozess mit strengen Eingangs- und Ausgangsmeilensteinanforderungen. Diese Art von Strenge der ASIC-Plattform vor dem Tapeout des Produkts ist entscheidend für den Erfolg des Kunden beim ersten Mal. Ein weiterer wichtiger Faktor war die ausgereifte 14LPP-Fertigungstechnologie in unserer Fab 8 im Bundesstaat New York, in der bereits mehrere Produkte in hohen Stückzahlen hergestellt werden. Durch die Nutzung der FX-14-Designplattform war das Team in der Lage, fehlerfreie Teile schnell zu produzieren, um die Herstellung von einwandfreiem Silizium zu garantieren und gleichzeitig eine Leistungsreduzierung von mehr als 50 Prozent gegenüber dem vorherigen Design des Kunden zu erreichen. Die Tatsache, dass ein derart komplexer Chip in kürzester Zeit auf die Platine gebracht werden konnte, ist ein Beweis für die Leistungsfähigkeit des ASIC FX-14-Designsystems von GF. Zusammen mit unserem bewährten Fachwissen und unserer Design-Methodik trägt dies dazu bei, dass unsere Kunden mit Zuversicht entwerfen und einen schnellen Weg zur Serienproduktion einschlagen können. Heute arbeiten viele unserer Kunden an FX-14-Designs in verschiedenen Segmenten, darunter drahtgebundene Netzwerke, drahtlose Basisstationen, Computer, Speicher sowie Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsanwendungen. Wir sind bestrebt, mit diesen und anderen Kunden zusammenzuarbeiten, um sie dabei zu unterstützen, auch ihre komplexesten Designs auf den Markt zu bringen.

VonSanjay Charagulla

Cloud Computing und High-Performance Computing (HPC) verändern die Rechenzentrumsbranche in großem Stil. Die wichtigsten Triebkräfte in diesem Bereich sind Consumerization und Big Data, die unsere Entwicklung beschleunigen. Der weltweite Cloud-IP-Verkehr wird sich in den nächsten fünf Jahren mehr als vervierfachen, mit einer CAGR von 33 Prozent von 2014 bis 2019, und mehr als 80 Prozent des gesamten Datenzentrumsverkehrs ausmachen. Außerdem werden mehr als 86 Prozent der Arbeitslasten von Cloud-Rechenzentren verarbeitet werden. Da der rasante Wandel anhält, werden die Anforderungen an Server-Computing und Datenspeicherung in den Rechenzentren weiterhin stark ansteigen, was dazu führt, dass die OEMs von Rechenzentren immer mehr Server und Speicher einsetzen.

Quelle: Cisco VNI Global Cloud Index, 2016

 

Noch vor wenigen Jahren haben Unternehmen darüber diskutiert, ob sie für die Cloud bereit sind. Heute geht es nicht mehr um die Frage, ob, sondern wie viel sie aus den Cloud-Diensten herausholen können. Es wird geschätzt, dass die Lieferungen von Serverprozessoren in den nächsten vier Jahren mit einer durchschnittlichen Wachstumsrate von fast 25 Prozent (CAGR) auf insgesamt 25 Millionen Prozessoren ansteigen werden. Von den mehr als 11 Millionen Servern, die im vergangenen Jahr ausgeliefert wurden, kamen beispielsweise in 9,8 Millionen x86-Chipsätze zum Einsatz. Im zweiten Quartal 2016 entfielen 99,7 Prozent der Lieferungen von x86-Serverchips auf Intel. Die Cloud zwingt auch alteingesessene Akteure in der Hardware- und Softwarewelt zu Veränderungen. Kürzlich stellte IBM neue Details zu seinem Power9-Chip vor - die nächste Ergänzung der Mikroprozessorreihe, die das Unternehmen in seinen eigenen Servern einsetzen will - und AMD kündigte seine neue Zen-Technologie für Serverchips an. Hier finden Sie die offizielle Power-Prozessor-Roadmap von IBM aus dem letzten Jahr und erfahren, wie sich die Zen-Mikroarchitektur von AMD von den anderen Server-Cores unterscheidet. Da Unternehmen, die Datenserver betreiben, versuchen, den Stromverbrauch und die Leistung zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten zu senken, stellen sich die Chiphersteller der Herausforderung, Wege zu finden, die Geschwindigkeit und die Funktionalität der Geräte zu erhöhen und gleichzeitig die Kosten niedrig zu halten. Die fortschrittliche 14-nm-FinFET-Technologie (14LPP) von GLOBALFOUNDRIES beispielsweise unterstützt aufgrund ihrer wettbewerbsfähigen Energie und Leistung bei einer um 10 Prozent geringeren Chipgröße eine breite Palette von Produkten, von mobilen Geräten bis hin zu Servern, wie z. B. die Serverchip-Produkte von AMD und IBM. Die 14-nm-FinFET-Technologie von GLOBALFOUNDRIES ermöglicht Chip-x86-Prozessoren mit einer Leistung von mehr als 3 GHz. Sie nutzt die Vorteile dreidimensionaler, vollständig verarmter FinFET-Transistoren und bietet beeindruckende Vorteile gegenüber 28-nm-Bulk-CMOS mit einer Leistungssteigerung von bis zu 50 Prozent und einer Verringerung der Gesamtleistung um 65 Prozent.

Quelle: GF Technologie Konferenz 2016

Die Ankündigungen von IBM und AMD stellen zusammen mit der wettbewerbsfähigen fortschrittlichen Knotentechnologie von GF eine neue Herausforderung für Intels Dominanz auf dem Servermarkt dar. Im Rahmen einer kürzlich erfolgten Strategieänderung wird die Power9-Architektur von IBM auch anderen Hardwareherstellern zur Verfügung gestellt. Damit zielen die IBM Power9-Prozessoren nicht nur auf den HPC- und den Unternehmensservermarkt ab, sondern ermöglichen auch Lösungen für Big-Data-Analysen, künstliche Intelligenz sowie kognitive und Hyper-Cloud-Computing-Plattformen. Auf einer Fachkonferenz im Silicon Valley in diesem Sommer präsentierte AMD eine Leistungsdemonstration mit einem direkten Vergleich seines Zen-Kerns und behauptete, durch das neu gestaltete Speichersubsystem eine fünffache Verbesserung der Cache-Bandbreite zu erzielen. Insgesamt handelt es sich um einen Kern, der eine um 75 Prozent höhere Kapazität zur Planung von Befehlen und eine um 50 Prozent höhere Fähigkeit zu deren Ausführung und Ausgabe bietet. Mit dem Aufkommen des Cloud-Computing entscheiden sich große Dienstleister wie Google, Facebook und Amazon für systembasierte Prozessoren und Open-Source- oder hauseigene Anwendungen. Anfang dieses Jahres gab Google bekannt, dass das Unternehmen gemeinsam mit Rackspace an der Entwicklung einer offenen Serverarchitektur-Spezifikation auf Basis der neuen Power9-CPUs von IBM arbeitet. Die Partnerschaft mit Nvidia dürfte zudem dazu beitragen, dass sich IBMs Power9 sowohl in Servern als auch in Supercomputern durchsetzen wird. Neben diesen beiden Server-Giganten entwickeln viele andere Anbieter von ARM-Prozessor-basierten Chips sowie Start-ups ARM-Serverchips für den Markt der Cloud-Rechenzentren. ARM schätzt, dass bereits 13 Unternehmen seine Technologie in Chips für Server und andere Rechenzentrums-Hardware einsetzen, die voraussichtlich vor allem bei Single-Socket- und Dual-Socket-Servern mit den Server-Chip-Produkten von Intel konkurrieren werden. Serverhersteller und andere Anbieter von ARM-basierten Chips zielen auf Intels Chip-Dominanz ab und peilen den rund 12 Milliarden US-Dollar schweren Servermarkt für Scale-out-Rechenzentren an. Insgesamt könnten diese Prozessortechnologien und neuen Lösungen in den nächsten Jahren ein Wachstum von 15 bis 25 Prozent auf dem Markt für Serverchips bewirken.

Von Fernando Guarin

Ein bisschen (oder ein Byte) Geschichte Als ich 2006 bei IBM begann, Schüler mit Snap Circuits zu betreuen, suchten wir nach kreativen Aktivitäten, die den Schülern vermitteln konnten, was ein Elektroingenieur tagtäglich tut. Wir begannen damit, die Bausätze in lokalen Schulen im Rahmen der "Engineer Week" einzusetzen, und weiteten dies dann auf die einwöchigen Camps aus, die wir im Sommer für Mädchen veranstalteten. Seit 2008 habe ich mein Engagement im Bereich Mentoring auf die Electron Devices Society (EDS) des IEEE ausgeweitet und mit Unterstützung der Organisation mit einer Reihe von Ingenieuren zusammengearbeitet, um junge Menschen durch ein weltweites Mentoring-Programm namens EDS-ETC (Engineers Demonstrating Science: an Engineer Teacher Connection) zu inspirieren. Das 2010 formell eingeführte Programm wurde mit Hilfe von Freiwilligen aus den Ortsverbänden Rochester, Boise und Mid-Hudson Valley in New York entwickelt. Diese engagierten Freiwilligen führten erste Evaluierungen durch und arbeiteten dabei mit ihren lokalen Wissenschaftslehrern aus der vierten bis zwölften Klasse zusammen. In der ersten Phase des Projekts wurden den Ortsverbänden in den Vereinigten Staaten Snap-Circuits-Bausätze zur Verfügung gestellt. Kurz darauf wurde das Programm auf EDS-Sektionen in der ganzen Welt ausgeweitet, wobei alle IEEE-Regionen beteiligt waren, in denen sich die Studenten der lokalen EDS-Sektionen aktiv engagierten. Die einzige Voraussetzung für die kostenlose Bereitstellung von Kits ist die Vorlage eines Plans, in dem angegeben wird, wie die Kits verwendet werden sollen. Im Jahr 2015 nahmen mehr als 9.000 junge Studenten an über 130 Veranstaltungen auf der ganzen Welt teil

Die Technik macht den Unterschied

Das Hauptziel des Programms besteht darin, den Mitgliedern der Ortsverbände die Möglichkeit zu geben, Schulen vor Ort zu besuchen und Veranstaltungen zu organisieren, um junge Schüler für die Elektrotechnik zu begeistern. Mithilfe der einfach zu verwendenden Snap Circuit Kits lernen die Schüler elektronische Schaltungen auf praktische Weise kennen und erleben so das spannende und kreative Feld der Elektronik. Wir hoffen, sie zu ermutigen, Elektrotechnik und Elektronik als Beruf in Betracht zu ziehen. Dieses vielseitige Werkzeug wurde zusammen mit dem Enthusiasmus und dem Fachwissen der EDS-Freiwilligen eingesetzt, um die vielen Anwendungen zu demonstrieren und junge Schüler für das spannende Gebiet der elektronischen Geräte zu motivieren. Um in der Welt etwas zu bewegen, müssen wir in unseren eigenen Gemeinden und Schulen vor Ort ansetzen. Wir müssen mit den lokalen Behörden und der Industrie zusammenarbeiten, um die nächste Generation von Ingenieuren und Wissenschaftlern zu inspirieren, die an der Lösung der dringendsten Herausforderungen in der Welt arbeiten werden - sauberes Wasser, Wind-/Wellen-/Wasserkraft, Photovoltaik/Solarzellen, Abfallwirtschaft, Erdwärme, Energiepflanzen, Energiegewinnung, Gesundheitsfürsorge und vieles mehr. Es wird viel Arbeit für die nächste Generation von Ingenieuren geben. Die Technologien, die fortschrittliche Hersteller entwickeln und an ihre Kunden liefern, werden die Zukunft prägen. Wir alle müssen unseren Beitrag leisten, um den Ingenieurnachwuchs zu fördern, indem wir unser Wissen mit den jungen Köpfen teilen, die unserem Planeten eine glänzende Zukunft sichern werden. Engagieren Sie sich noch heute! Erkundigen Sie sich bei Ihrem Arbeitgeber nach verfügbaren Bildungsprogrammen. Organisieren Sie eine Maker Faire oder schließen Sie sich mit Lehrern und Kollegen vor Ort zusammen, um ein Mentorenprogramm ins Leben zu rufen. Snap Circuits-Bausätze sind eine großartige Möglichkeit, um Schüler aller Altersgruppen zu motivieren. Weitere Optionen sind Raspberry Pi™, Arduino™ und mehr! Klicken Sie hier, um weitere Informationen über das IEEE EDS-ETC Programm zu erhalten und um ein entsprechendes Video anzusehen.

Von Dave Lammers

Von allen Zahlen, die für die vollständig verarmte SOI-Technologie von GLOBALFOUNDRIES angegeben werden, sticht für mich die Zahl 39 heraus. Das ist die Anzahl der Maskenschichten, die erforderlich sind, um einen vollständig verarmten 22-nm-SOI-Chip mit acht Metallschichten herzustellen. Zum Vergleich: Für einen vergleichbaren Chip mit FinFET-Transistoren werden 60 Masken benötigt, so Jamie Schaeffer, der Leiter des FDX™-Programms. Natürlich sind Vergleiche zwischen FinFET- und FD-SOI-Technologien ungenau. Beide haben ihre Vorzüge. Bei FD-SOI kostet der erste SOI-Wafer ein Mehrfaches eines Bulk-Wafers. Es gibt Unterschiede beim Antriebsstrom. Aber bedenken Sie, wie viele heikle Ätzschritte zur Herstellung der Rippen und wie viele Mehrfachdurchläufe durch teure Scanner diese zusätzlichen 21 Maskenschichten erfordern. Dann wird klar, dass FD-SOI Kostenvorteile bieten kann, die nicht wirklich vorhanden waren, als der Wettbewerb zwischen Bulk-Planar- und SOI-Planar-Technologien stattfand.

Bedenken hinsichtlich der Kontinuität

22FDX®-Designs befinden sich derzeit in der Prototypenphase, die Risikoproduktion soll im ersten Quartal 2017 beginnen. Die kürzlich angekündigte 12FDX™-Technologie geht 2019 in die kommerzielle Produktion. Dan Hutcheson, CEO von VLSI Research Inc. befragte 75 Entscheidungsträger in sechs Chip-Unternehmen, sechs EDA- und IP-Anbietern und zwei Universitäten und stellte fest, dass eine ihrer Sorgen die Kontinuität war. Eine der Fragen, die in der Umfrage geäußert wurden, lautete: "Gibt es eine Zukunft? Sie wollten sicherstellen, dass es einen nächsten Knotenpunkt für die FD-SOI-Technologie gibt". Schaeffer wies auch auf die Bedeutung des Faktors Nachfolge hin. "Die gesamte FDX-Roadmap, die 22 und 12FDX integriert, bietet einen komplementären Weg zu FinFETs", sagte er. Schaeffer war jedoch leicht beleidigt, als ich eine Frage stellte, die andeutete, dass die wirklichen Volumina in der FinFET-Arena bleiben werden, mit Prozessoren und Grafikchips, während FDX gut für die kleineren Kartoffeln geeignet wäre, für die Design-Teams, die nicht ganz die Ressourcen haben, um ein FinFET-Projekt in Angriff zu nehmen. "Wir machen das nicht als Nischentechnologie", antwortete er. "Wir zielen auf großvolumige Gelegenheiten ab - Transceiver, WiFi, Bildverarbeitung und Automotive. Wir beabsichtigen, einen großen Teil unserer Fab 1 in Dresden zu füllen, und haben Pläne für eine Kapazitätsausweitung", so Schaeffer.

GLOBALFOUNDRIES 22FDX wird in Europas größter 300mm-Fabrik hergestellt

Dieses Wort, Transceiver, ist der Schlüssel zum FDX-Programm. Die 22FDX-Transistoren weisen eine Fmax im 325-GHz-Bereich auf, die die aufkommende 5G-Mobilfunkspezifikation erfüllen kann. Schaeffer sagte, dass die 22FDX- und 12FDX-Technologien "eine einzigartige Gelegenheit bieten, mmWave-Transceiver mit ADCs, DACs und digitalem Basisband zu integrieren. FinFETs bieten die digitale Skalierung, aber nicht die HF-Leistung, die bei mmWave-Frequenzen erforderlich ist. Auf dem IoT-Markt könnte die FDX-Technologie mikrocontrollerbasierte SoCs mit integrierter Low-Power-Wireless-Technologie unterstützen. Sie könnte auch für Produkte ins Spiel kommen, die auf den neuen WiFi-Standards der Gigabit-Klasse basieren. Und je nachdem, wie schnell sich der 5G-Mobilfunkstandard durchsetzt und wie er sich in die selbstfahrenden Autos der Zukunft einfügt, könnte FDX in der Automobilbranche große Verbreitung finden.

Analog Freundlich

Hutcheson sagte, dass er SOI skeptisch gegenüberstand, bis er die Umfrage von VLSI Research durchführte und mit Gerätephysikern über die relativen Vorzüge von FinFETs und SOI-Transistoren sprach. "Als wir die Entwicklungsingenieure befragten, sagten sie, dass SOI für analoge Anwendungen viel besser sei als FinFETs." Dick James, Senior Fellow bei ChipWorks (Ottawa), sagte, dass Analogdesigner auf die Möglichkeit angewiesen sind, die Breite ihrer Transistoren anzupassen. Bei FinFET-basierten Schaltungen müssen die Entwickler mit einer quantisierten Transistorbreite" arbeiten und die Transistorbreiten durch die Verwendung mehrerer Lamellen anpassen. "Mit planaren Transistoren können Analogentwickler ihre Schaltungen abstimmen, indem sie breitere Transistoren an beliebigen Stellen einsetzen", so James. Auch die Debatte über den Stromverbrauch kippt zugunsten von SOI, so James. Mit der vergrabenen Oxidschicht (Buried Oxide Layer, BOX) kann theoretisch jeder Transistor von einer Isolationsschicht umgeben sein, und das hilft bei der Kontrolle von Leckagen und Parasitären. Back-Biasing spielt auch eine Rolle bei der Kontrolle des Stromverbrauchs, indem es die Schwellenspannung anhebt und Leckagen reduziert, wo es angebracht ist. Die Debatte über die relativen Vorzüge von Bulk-FinFETs gegenüber der SOI-Technologie wird schon seit Jahrzehnten geführt und nahm im Sommer 1998 an Intensität zu, als IBM offiziell ankündigte, für seine Serverprozessoren auf SOI umzustellen. Intel setzte sich vehement für die Beibehaltung der Bulk-Silizium-Technologie ein, was schließlich zu den FinFETs führte, die während des letzten Jahrzehnts im Mittelpunkt standen. Jetzt erreicht die Debatte über FD-SOI oder FinFET - und darüber, wo beide im heutigen Technologiespektrum angesiedelt sind - eine neue Intensität, die sich auch auf dem Markt bemerkbar machen wird.

Aber warum 22? Warum nicht FDX20? Und warum 12, anstatt die von anderen favorisierte 10-nm-Grenze zu verwenden? Hier geht es wieder um die Frage der Produktionskosten. Bei den 22-nm-Designregeln, so Schaeffer, ist eine Single-Pass-Strukturierung ausreichend. Eine doppelte Strukturierung ist nicht erforderlich. Bei 12 nm reicht die doppelte Strukturierung für die kritischen Schichten aus, so dass eine drei- oder vierfache Strukturierung nicht erforderlich ist. Das war's. Mit 39 Maskenschichten, überlegenen Trägerfrequenzen bei geringer Leistung könnte FDX eine Alternative zu FinFETs darstellen, insbesondere in Märkten, in denen die Kombination aus Transistordichte und guter HF-Leistung geschätzt wird. Möge der Wettbewerb beginnen.

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Dieser Artikel erschien ursprünglich in The Chip Insider, 7. August 2015, und wird hier mit Genehmigung von VLSI Research, Inc. abgedruckt. Der 22FDX von GLOBALFOUNDRIES ist der erste radikal neue Prozess, seit Intel den ersten funktionierenden finFET-Prozess eingeführt hat. Vielleicht ist Ihnen schon seit einiger Zeit ein Versäumnis meinerseits aufgefallen. Ich habe nämlich in den letzten Jahren nie viel über FD SOI geschrieben. Die Gründe dafür sind recht einfach. Erstens hatte ich nichts Positives zu sagen, von dem ich wirklich überzeugt war. Das Problem mit FD SOI war, dass sein einziger Verkaufsvorteil darin bestand, dass er billig war. Und selbst das wurde in Frage gestellt, weil die großen Hunde nicht angebissen haben - und denen geht es nur darum, die Kosten zu senken. Selbst wenn es billiger wäre, wird kein Fabless-Unternehmen seine Zukunft mit niedrigeren Waferkosten riskieren. Die NRE-Vorlaufkosten für ein neues Design, der Zeitdruck bis zur Markteinführung sowie die Folgen eines Misserfolgs, wenn es nicht funktioniert, überwiegen das Versprechen von billigeren Wafern. Die Hersteller von Giga-Fabbed-Chips wissen das und werden sich erst bewegen, wenn ihr Kunde sich bewegt. Das alles hat sich mit 22FDX geändert. Der große Vorteil von 22FDX ist die Möglichkeit, durch softwaregesteuertes Body-Biasing des Transistors in Echtzeit einen Kompromiss zwischen Stromverbrauch und Leistung zu finden. Ja, es gibt Kompromisse beim Stromverbrauch in Echtzeit, die auf der Bausteinebene vorgenommen werden können - meist durch das Ein- und Ausschalten wichtiger Funktionsblöcke. Aber soweit ich weiß, ist dies noch nie auf Transistorebene in einem marktfähigen Prozess geschehen. Wenn das so funktioniert, wie behauptet wird, wird 22FDX eine große Revolution sein, die die gesamte Elektronikindustrie umwälzen wird. Hier ist der Grund dafür: Stellen Sie sich eine Zukunft vor, in der Sie einstellen können, wie viele Stunden Ihre Batterie hält. Im Moment kann ein OEM bestenfalls bestimmte Funktionen abschalten, wenn die Leistung nachlässt, so wie es bei der Apple WATCH der Fall ist. Aber mit 22FDX könnte man die Uhr möglicherweise so einstellen, dass sie bis 21 Uhr läuft, wenn ich sie abnehmen möchte. Dann können Sie die Einstellung auf später ändern oder sie am nächsten Tag zurücksetzen, wenn Sie das möchten. Dann würde die Uhr das Verhältnis zwischen Energie und Leistung auf der Grundlage Ihrer typischen Nutzung anpassen und ihre Leistung entsprechend Ihrer Nutzung an diesem Tag ändern. Das funktioniert genauso bei Telefonen, Laptops und so ziemlich jeder anderen mobilen Elektronik, die Sie sich vorstellen können. Wie cool ist das denn! Dieser Gastartikel wurde von Dan Hutcheson, CEO und Vorsitzender von VLSI Research Inc. geschrieben. Hutcheson ist eine anerkannte Autorität auf dem Gebiet der Halbleiterindustrie und wurde 2012 mit dem SEMI Sales and Marketing Excellence Award ausgezeichnet, weil er "Führungskräften durch seinen e-Brief The Chip Insider®, sein Buch Maxims of Hi-Tech und seine vielen Interviews mit Führungskräften einen enormen strategischen und taktischen Marketingwert vermittelt". Zu Dans öffentlichen Arbeiten über die Branche gehören zwei innovative Artikel für Scientific American, in denen er die Vorhersagen über das Ende des Moore'schen Gesetzes in Frage stellt, indem er aufzeigt, dass die angeborene Innovationsfähigkeit der Wissenschaftler die Schwarzmaler übertrumpft hat, sowie ein eingeladener Artikel über die Geschichte und Wirtschaft des Moore'schen Gesetzes für die SIA.