Das Ende der Mainboards - Forscher wollen Platinen durch Silizium-Gewebe ersetzen

Das sogenannte Silicon-Interconnect Fabric soll Strukturen verkleinern und flexibler machen. Gleichzeitig sollen auch die Performance deutlich gesteigert und die Wärmeableiteigenschaften verbessert werden.

von Alexander Köpf,
27.09.2019 21:06 Uhr

Nur noch Silizium und keine Platinen - so sehen zwei Forscher der UC Los Angeles die Zukunft der Halbleiterindustrie.Nur noch Silizium und keine Platinen - so sehen zwei Forscher der UC Los Angeles die Zukunft der Halbleiterindustrie.

Wenn es nach zwei Forschern der University of California in Los Angeles geht, hat das uns allen so vertraute Mainboard bald ausgedient.

In einem Fachartikel beschreiben Puneet Gupta und Subramanian S. Iyer eine Zukunft, in der die Beschränkung durch PCBs (Printed Circuit Boards, Platinen) keine Rolle mehr spielt und Hardware-Komponenten mit einem Silizium-Gewebe (Silicon-Interconnect Fabric, Si-IF) verbunden werden. Dadurch könnten sich Systeme freier entwickeln, auch kleinere und leistungsfähigere Computer wären möglich.

»Silicon only«

"Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Leiterplatte durch dasselbe Material ersetzt werden könnte, aus dem die daran befestigten Chips bestehen, nämlich Silizium. "

"Ein solcher Schritt würde zu kleineren, leichteren Systemen für Wearables und anderen Geräten mit eingeschränkten Abmessungen und zu unglaublich performanten Hochleistungscomputern führen, die die Rechenleistung von Dutzenden Servern auf einen Teller großen Silizium-Wafer bringen."

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Das klassische SoC-Design (System on a Chip) ist laut Gupta und Iyer ineffizient.Das klassische SoC-Design (System on a Chip) ist laut Gupta und Iyer ineffizient.

Laut den beiden Forschern könnten dann auch die relativ großen, komplexen und schwer zu fertigenden SoCs (System on a Chip), die derzeit vom Smartphone bis zum Supercomputer beinahe alles antrieben, durch das effizientere Chiplet-Design ersetzt werden.

Ein Konglomerat aus vielen solcher kleinen und leichter herstellbaren Chips könnte sehr dicht gepackt und verbunden werden, da kaum überschüssiges Material (damit sind Packages gemeint) verwendet würde.

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Die Vorstellung von Gupta und Iyer geht dahin, quasi auf alles außer Silizium zu verzichten. Chiplets sollen dann mit - wenn man so will - »Silizium-Draht« verbunden werden, der genauso fein ist, wie die Leiterbahnen auf den Chiplets selbst.

Ganz so neu ist diese Idee allerdings nicht, wie die beiden Forscher selbst einräumen. Auch Intel, Nvidia und andere Halbleiterhersteller bieten bereits Chiplets an - besonders AMD feiert derzeit mit Ryzen 3000 große Erfolge.

Diese werden jedoch ebenfalls in Packages verbaut und sind weiterhin auf verbindende Platinen angewiesen. Der Ansatz mit dem Silizium-Gewebe geht demzufolge weit über derartige Konzepte hinaus.

Doppelte Leistung bei halber Größe

Server könnten laut Gupta und Iyer durch Silizium-Gewebe weit weniger Platz einnehmen als bisher. (Bidlquelle: Nvidia)Server könnten laut Gupta und Iyer durch Silizium-Gewebe weit weniger Platz einnehmen als bisher. (Bidlquelle: Nvidia)

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In einer Studie zu Server-Designs wollen Gupta und Iyer festgestellt haben, dass die Verwendung entsprechender Prozessoren die Leistung herkömmlicher CPUs durch höhere Konnektivität und bessere Wärmeableitung verdoppeln kann.

Zudem könne die »Silizium-Leiterplatte« von 1.000 cm² auf 400 cm² reduziert werden.

"Das System so stark zu verkleinern, hat reale Auswirkungen auf die Größe von Rechenzentren und den Umfang der erforderlichen Kühlinfrastruktur. "

"Im anderen Extrem haben wir uns ein kleines Internet-of-Things-System angesehen, das auf einem ARM-Mikrocontroller basiert. Durch die Verwendung von Si-IF wird hier nicht nur die Größe des Boards um 70 Prozent verringert, sondern auch das Gewicht von 20 Gramm auf 8 Gramm reduziert."

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Noch gehen die beiden Wissenschaftler nur auf das theoretische Potential des Silizium-Gewebes ein. Ob auch praktische Anwendungen in Sicht sind, wollen sie jedoch nicht versprechen.


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