Der Begriff „Chip“ kann sich im Kontext der Technologie auf verschiedene Dinge beziehen.

* Integrierte Schaltkreise (ICs): Dabei handelt es sich um kleine elektronische Schaltkreise aus Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium. ICs werden in fast allen modernen elektronischen Geräten verwendet, von Computern über Mobiltelefone bis hin zu Autos.

* Computerchips: Dabei handelt es sich um ICs, die speziell für den Einsatz in Computern entwickelt wurden. Zu den Computerchips gehören Zentraleinheiten (CPUs), Grafikprozessoren (GPUs) und Speicherchips.

* Mikrochips: Dabei handelt es sich um ICs, die sehr klein sind und typischerweise weniger als ein paar Millimeter groß sind. Mikrochips werden häufig in tragbaren elektronischen Geräten wie Smartphones und Digitalkameras verwendet.

Dank der Fortschritte in der Halbleitertechnologie nimmt die Größe von Chips seit Jahrzehnten stetig ab. In den Anfängen der Computertechnik wurden Chips mit einem Verfahren namens „diskrete Logik“ hergestellt, bei dem einzelne Transistoren miteinander verbunden wurden, um einen Schaltkreis zu erzeugen. Dieses Verfahren war sehr zeitaufwändig und teuer und begrenzte die Größe der herstellbaren Chips.

In den 1960er Jahren revolutionierte die Erfindung des integrierten Schaltkreises (IC) die Halbleiterindustrie. ICs ermöglichten die Massenproduktion von Chips und ermöglichten die Schaffung von Schaltkreisen, die viel kleiner und komplexer waren als solche, die mit diskreter Logik hergestellt wurden.

Seitdem ist die Größe von ICs dank Fortschritten in der Fotolithographie, dem Verfahren zur Herstellung von ICs, immer weiter geschrumpft. Bei der Fotolithographie wird ultraviolettes Licht verwendet, um Muster in Siliziumwafer zu ätzen. Die Wellenlänge des verwendeten Lichts ist im Laufe der Jahre immer kürzer geworden. Dies hat die Entwicklung von ICs mit immer kleineren Funktionen ermöglicht.

Wie viel kleiner können Chips sein?

Die Größe von Chips wird letztlich durch die Gesetze der Physik begrenzt. Die Wellenlänge des in der Photolithographie verwendeten Lichts darf nicht kürzer sein als die Wellenlänge der Siliziumatome selbst, die etwa 0,25 Nanometer beträgt. Das bedeutet, dass die kleinstmögliche Strukturgröße auf einem IC etwa 0,1 Nanometer beträgt.

Bei dieser Größe könnten Chips Milliarden von Transistoren enthalten und Berechnungen mit unglaublicher Geschwindigkeit durchführen. Die Herstellung von Chips in dieser Größenordnung ist jedoch mit einer Reihe von Herausforderungen verbunden. Eine Herausforderung besteht darin, dass die in Chips verwendeten Materialien äußerst rein sein müssen und etwaige Fehler zu Fehlfunktionen des Chips führen können. Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass die Herstellung von Chips in dieser Größenordnung sehr komplex und teuer ist.

Trotz dieser Herausforderungen verschieben Forscher weiterhin die Grenzen der Chiptechnologie. Im Jahr 2018 gab IBM bekannt, einen Chip mit einer Strukturgröße von nur 5 Nanometern entwickelt zu haben. Dieser Chip enthält 50 Milliarden Transistoren und ist in der Lage, 1 Billion Berechnungen pro Sekunde durchzuführen.

Es ist wahrscheinlich, dass Chips in den kommenden Jahren immer kleiner und leistungsfähiger werden. Je kleiner die Chips werden, desto vielfältiger können sie eingesetzt werden, beispielsweise in selbstfahrenden Autos, künstlicher Intelligenz und medizinischen Geräten.