Cpu, il transistor è 3D

In occasione del passaggio produttivo ai 22 nanometri Intel rivoluziona la struttura del transistor, aprendo di fatto una nuova era. Ecco come tutto cambia e perché.

Di Davide Piumetti

La miniaturizzazione dei componenti, e in primo luogo quella dei transistor utilizzati per la loro costruzione, è una delle sfide tecnologicamente più avanzate che l’intera industria mondiale si trova ad affrontare da oltre mezzo secolo. In tutti i settori tecnologici si è ormai arrivati alla dipendenza dall’elettronica e dall’informatica, con la necessità  per tutti i maggiori colossi del settore di pianificare il proprio futuro tenendo conto di quanto il mercato offrirà  nei prossimi anni. Per fare ciò è necessario fare delle stime su quali prodotti, con quali prestazioni e con quali costi, si potrà  contare tra qualche tempo, sfida tutt’altro che facile. In questo articolo vogliamo analizzare in profondità  l’ultima evoluzione tecnologica di Intel nella produzione dei transistor, evoluzione che segna un punto di svolta nel settore e si pone come pietra miliare nello sviluppo dei prossimi decenni. Intel, con il passaggio a 22 nm rivoluziona il transistor, ne cambia la struttura come mai successo prima e apre nuove porte alla produzione integrata. Il transistor da semplice circuito bidimensionale diventa tridimensionale, con conseguenze che solo nelle prossime decadi potremo analizzare e comprendere appieno, così come solo oggi capiamo l’importanza di certe innovazioni pensate negli anni ’60. La famosissima “legge di Moore”, analisi statistica condotta da Gordon Moore nel lontano 1965, osservava come negli anni precedenti il numero di transistor utilizzati nei circuiti integrati e la loro densità  raddoppiasse all’incirca ogni 18-24 mesi. Presa come esempio negli anni successivi da tutti gli addetti ai lavori, Intel si prodigò grandemente per “rispettare” quella che nel frattempo iniziava a essere considerata una previsione per il futuro più che un ragionamento su quanto ormai passato. La corsa all’informatizzazione spinse i maggiori produttori a cercare di rispettare la cosa, costruendo transistor sempre più piccoli e più veloci, condizionando in maniera formale l’evoluzione stessa della moderna società  tecnologica basata sull’informazione.

La necessità  di aumentare (raddoppiare ogni due anni circa) il numero di transistor presenti in un circuito integrato, e successivamente nei processori, deriva dalle incrementate necessità  d’uso di tali prodotti. Più transistor all’interno di un processore significano infatti più prestazioni, maggiori capacità  di calcolo e di esecuzione delle operazioni. Inserire più transistor all’interno di una Cpu equivale dunque, grossolanamente, a renderla più veloce e capace. Ben presto, tuttavia, l’evoluzione si arenò contro due ostacoli insormontabili per i transistor dell’epoca: consumi e dimensioni. Realizzare processori grandi quanto un foglio di carta è possibile, ma dissiparne il calore sia in termini puramente fisici sia in termini di stress meccanico risulta estremamente complicato. Da anni ormai ci si è standardizzati su processori grandi all’incirca (esternamente) circa 4×4 cm, con un cuore operativo che varia tra i 100 e i 400 mm2. Con questi numeri, e la capacità  di dissipare senza problemi all’incirca 150 watt su una superficie del genere i conti sono presto fatti e la possibilità  di inserire sempre più transistor all’interno di tali numeri dipende in maniera diretta dalla dimensione di questi ultimi. I transistor, per effetti che analizzeremo meglio più avanti, hanno anche la tanto desiderata caratteristica di consumare meno energia elettrica al ridursi delle loro dimensioni. Secondo questi dettami negli ultimi 20 anni abbiamo assistito a una progressiva miniaturizzazione dei transistor, secondo uno schema inizialmente semplicissimo. Sintetizzando il discorso: per un ventennio i miglioramenti nel settore sono equivalsi a una riprogettazione dei transistor con dimensioni inferiori, utilizzando gli stessi materiali e progredendo soprattutto dal punto di vista dei macchinari utilizzati per la loro produzione. Il settore è infatti particolare anche da questo punto di vista, Intel e concorrenti non devono solo progettare processori e transistor ma anche (prima di essi) i macchinari necessari a produrli. (…)

Estratto dall’articolo pubblicato sul numero 244 – luglio 2011