Un chip più compatto: il transistor conquista la terza dimensione

L'innovazione, guidata dai ricercatori del centro di ricerca IBM ad Albany, New York, segna un grande balzo in avanti nella miniaturizzazione, consentendo fino a 100 miliardi di transistor da inserire su un chip della dimensione di un francobollo.

Inizialmente formulato dal co-fondatore di Intel Gordon Moore nel 1965, questo principio ha guidato l'evoluzione dei microprocessori. Nei primi giorni, il primo circuito integrato, creato da Jack Kilby nel 1958, conteneva solo quattro transistor e misurava circa le dimensioni di una graffetta. Entro gli anni 2000, le strutture più piccole su un processore Pentium IV si erano ridotte a 100 nanometri. Oggi, i chip moderni presentano componenti piccole come dieci nanometri, consentendo di imballare circa 20 miliardi di transistor su una superficie delle dimensioni di un'unghia. Ora, l'ultimo design di IBM spinge ulteriormente queste dimensioni.

Fino a poco tempo fa, il metodo principale per ridurre le dimensioni dei transistor si basava sull'utilizzo di lunghezze d'onda più brevi della luce nei processi di fotolitografia. 5 nanometri, consente la creazione di caratteristiche piccole come circa sette nanometri. Tuttavia, man mano che i transistor si restringono oltre questo punto, sorgono problemi di prestazioni. Quando il canale conduttivo all'interno di un transistor a effetto di campo diventa troppo stretto, le correnti di perdita aumentano, portando a rumore e potenziali cortocircuiti. Questi problemi ostacolano l'affidabilità e l'efficienza, contribuendo anche a una maggiore generazione di calore, una sfida che diventa più pronunciata man mano che i processori diventano più potenti.

Per superare queste limitazioni, i ricercatori di IBM hanno adottato un approccio tridimensionale all'architettura dei chip. Invece di sistemare i transistor in un layout piatto e bidimensionale, essi impilano più strati sottili di materiale semiconduttore verticalmente. Ogni strato è racchiuso da un elettrodo di cancello, che controlla il flusso di corrente attraverso il transistor. Questo design consente un migliore controllo delle correnti elettriche, riducendo significativamente le perdite indesiderate. Consente anche una disposizione più densa dei transistor, aumentando il numero che può essere posizionato su una determinata area. I singoli transistor sono di dimensioni di diversi nanometri, rendendoli tra i più piccoli mai prodotti.

Questo progresso si basa su lavori precedenti dello stesso team. Cinque anni fa, IBM ha introdotto un prototipo di chip utilizzando una struttura simile, raggiungendo una dimensione minima di due nanometri e ospitando 50 miliardi di transistor su un chip più piccolo di un'unghia. La recente svolta rappresenta un miglioramento sostanziale, dimostrando la fattibilità di spingere ulteriormente la miniaturizzazione nella gamma sub-nanometrica. Mentre la domanda di calcolo più veloce ed efficiente continua a crescere, in particolare in settori come l'intelligenza artificiale, la robotica e i veicoli autonomi, innovazioni come questa svolgeranno un ruolo cruciale nel soddisfare le future richieste tecnologiche.

Il successo del nuovo chip IBM suggerisce che le architetture tridimensionali potrebbero diventare una strategia chiave per superare i vincoli fisici dei tradizionali progetti bidimensionali.