Coole Chips sparen bis zu 80 Prozent Energie

Laut Qing-Tai Zhao vom Forschungszentrum Jülich lässt sich die CMOS-Technologie für den Betrieb bei tiefen Temperaturen optimieren.

Temperatur relevant

"Ein Grossteil des Stromverbrauchs in Computern geht auf das Konto der Transistoren. Diese winzigen Schalter - auf modernen Chips sind es oft mehrere Milliarden pro Quadratmillimeter - benötigen eine bestimmte Spannung, um zwischen Ein und Aus zu wechseln", sagt Zhao.

Etwa 60 Millivolt seien bei Raumtemperatur erforderlich, um den Stromfluss um den Faktor 10 zu reduzieren. Dieser Wert, der sogenannte "Subthreshold Swing", ist als Mass für die Schalteffizienz eines Transistors bekannt und sei jeher stark temperaturabhängig.

Neuartige Materialien

"Klassischerweise sinkt diese Schaltspannung mit abnehmender Temperatur. Das hängt vor allem damit zusammen, dass die Elektronen weniger thermische Energie haben. Sie 'springen' nicht so leicht über Barrieren und verhalten sich insgesamt 'disziplinierter'", weiss der Experte.

In der Nähe des absoluten Nullpunkts wäre theoretisch nur noch ein Millivolt nötig. Weniger Spannung bedeute daher: weniger Energie, weniger Hitze und mehr Effizienz. Bei 77 Kelvin oder minus 196,15 Grad Celsius seien Einsparungen von bis zu 70 Prozent möglich.

Dies gilt laut dem Wissenschaftler auch dann, wenn der Aufwand für die Kühlung mit in die Rechnung eingerechnet wird. Mit Heliumkühlung bei vier Kelvin seien es sogar 80 Prozent. Das Team plädiert daher für den Austausch von in der CMOS-Technologie etablierten Materialien durch neuartige Materialien oder durch die Integration neubewerteter bekannter Materialien. (pressetext.com)