Zehnmal schnellere Chips: Neues Material Graphen könnte Silizium ersetzen

Bis zu zehnmal schnellere Prozessoren und Grafikkarten: Das dafür notwendige Material dafür heißt Graphen. Das soll Halbleiterprodukte künftig performanter und leichter machen. Doch bis Graphen-Grafikkarten und -Prozessoren in Massen verkauft werden können, muss noch ein großes Problem gelöst werden.

Graphen, das Material der Zukunft

Bislang ist Silizium das Material der Wahl, wenn es um moderne Hardware wie Smartphones, Prozessoren oder Grafikkarten geht. Doch das könnte sich in Zukunft ändern. Graphen ist viel stabiler als Silizium, sogar 200-mal stabiler als Stahl.

Trotz seiner hohen Stabilität ist Graphen federleicht. Mit einer Dichte von 2,267 g/cm³ ist es damit sogar geringfügig leichter als Silizium (2,33 g/cm³). Ein Computer aus Graphen könnte also stabiler sein, ohne an Gewicht zuzunehmen.

Graphen ist außerdem extrem leitfähig und kann Elektrizität und Wärme ähnlich gut wie Silizium transferieren.

Mehrere Hardwarehersteller forschen zu Graphen

Deswegen wird in der IT-Industrie aktiv an Verwendungsmöglichkeiten für Graphen geforscht.

Die Firma IBM, die unter anderem Hochleistungsrechner herstellt, stellte bereits 2010 eine mit Graphen bestückte, dünne Halbleiterplatte vor. Die damit gebauten Chips könnten Frequenzen im Bereich von 100 GHz erreichen. Theoretisch wären sogar 1.000 GHz möglich.

Das Potenzial wird im Vergleich zu Silizium-Chips deutlich: 2010 erreichte der Intel Core i7-980X Extreme Edition eine Höchstgeschwindigkeit von fast 5 GHz.

Noch zu teuer: Leider hat Graphen es bisher nicht in den Mainstream der Chip-Entwicklung geschafft. Das liegt vor allem am hohen Herstellungspreis des Materials. Eine Tonne Graphen kostet zwischen 61.000 und 183.000 Euro. Während eine Tonne Silizium nur 5.390 bis 12.800 Euro kostet.

Junges Forschungsfeld: Doch nicht nur der Herstellungspreis ist ein Problem. An der Verarbeitung von Silizium wird seit Jahrzehnten geforscht, wohingegen Graphen erst seit 2004 hergestellt werden kann. Deswegen sind die Verarbeitungsprozesse von Graphen in der Chipherstellung noch wenig erforscht.

Wie setzt sich Graphen zusammen?

Graphen ist eigentlich nur Kohlenstoff, dessen Atome in einer bestimmten Struktur angeordnet sind.

In der Natur findet man Kohlenstoff in Form eines Tetraeders (Diamanten) und in einer trigonalen Struktur (Graphit) vor. Beide Struktur beschränken jedoch die Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Chipherstellung.

In Graphen sind Kohlenstoffatome in einem Winkel von 120 Grad von drei weiteren Kohlenstoffatomen umgeben. Unter dem Mikroskop sieht Graphen ähnlich wie eine Bienenwabe aus.

Diese Struktur gibt Graphen die besonderen Eigenschaften, welche das Material so interessant für die IT-Industrie macht.

Graphen ist nicht das einzige Material der Zukunft. Tritium, ein Wasserstoff-Isotop, könnte in Zukunft viele Menschen mit Strom versorgen: Nur 20 Kilogramm entstehen in einem Jahr weltweit: Dieses wenig bekannte Element wünschen sich Wissenschaftler als die Zukunft der Stromerzeugung.

Habt ihr schon von Graphen gehört? Was würdet ihr von einer Graphikkarte halten, die fast nichts wiegt, jedoch extrem stabil wäre? Könnte Hardware aus Graphen in Zukunft so leicht sein, dass sie fast nichts mehr wiegt? Und hätte Silizium als Halbleiter damit ausgedient? Schreibt uns eure Meinung gerne in die Kommentare.