Computerchip

Ein Computerchip ist ein kleines Stück Silizium, üblicherweise wenige Millimeter pro Seite, auf dem mittels Fotolithografie tausende, millionen oder milliarden Transistoren eingraviert sind. Diese Transistoren bilden Schaltkreise, die elektrische Signale verarbeiten, Daten speichern oder Logik steuern. Der Chip selbst ist das Silizium-Die; es sitzt in einem Kunststoff- oder Keramikgehäuse mit Metallpins oder Kugeln, die die Verbindung zur Leiterplatte herstellen.

In Industrie und Ausrüstungstechnik werden Chips nach ihrer Funktion in breite Kategorien eingeteilt. Mikroprozessoren führen Befehle aus und führen Berechnungen durch. Speicherbausteine (DRAM, Flash, SRAM) speichern Daten. Mikrocontroller kombinieren Prozessor, Speicher und Ein- und Ausgabe auf einem Die für eingebettete Aufgaben wie Maschinensteuerung. Analog-Chips verstärken Signale oder wandeln zwischen Digital- und Analogbereich um. Stromversorgungschips regeln Spannung und Strom. Feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs) ermöglichen es, die Logik nach der Fertigung umzuprogrammieren; das ist sinnvoll in industrieller Messtechnik und Automatisierung.

Größe, Geschwindigkeit und Ausbeute

Moderne Chips werden in Prozesstechnologien hergestellt, gemessen in Nanometern: 5 nm, 7 nm, 28 nm, 90 nm sind gängige Angaben. Kleinere Technologien packen mehr Transistoren auf die gleiche Fläche und senken den Stromverbrauch, aber die Herstellungsausbeute sinkt und die Kosten pro Einheit steigen. Industrielle Ausrüstungen nutzen oft ältere, bewährte Technologien (65 nm bis 180 nm), weil sie preiswert, zuverlässig und ausreichend sind. Verbrauchergeräte streben kleinere Technologien an für Leistung und Akkulaufzeit.

Die Geschwindigkeit eines Chips wird in Megahertz (MHz) oder Gigahertz (GHz) gemessen; Industrie-Mikrocontroller laufen üblicherweise mit 8 MHz bis 200 MHz, während Prozessoren in Servern oder Workstations 2 GHz bis 5 GHz erreichen. Die Wärmeentwicklung steigt steil mit Geschwindigkeit und Transistordichte, deshalb brauchen Chips für Hochleistungsanwendungen Kühlkörper oder aktive Kühlung. Ein einzelner Chip-Ausfall bedeutet oft den Austausch des ganzen Moduls oder der ganzen Platine, da die meisten Chips fest eingelötet und nicht austauschbar sind.

Der Begriff "Chip" ist Umgangssprache; Techniker sagen oft "Die", "IC" (Integrated Circuit) oder nennen die genaue Teilenummer. Der Name "Chip" kommt von der physischen Form und Größe früher Halbleiter-Dies. Industrielle Lieferantenkataloge listen Chips nach Hersteller (Intel, ARM, Texas Instruments, Xilinx usw.), Teilenummer, Prozesstechnik, Gehäusebauform (DIP, QFP, BGA, LCC) und thermischer Bewertung auf. Obsoleszenz ist ein echtes Problem: Hersteller stellen Produktlinien nach 5 bis 15 Jahren ein, was Neudesigns von Ausrüstungen erzwingt, wenn Ersatzteile nicht mehr verfügbar sind.