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Miniaturizzazione è la parola chiave nella progettazione e costruzione dei microchip da oltre cinquant’anni, cioè da quando fu formulata la famosa “Legge di Moore”. Gli obiettivi sono sempre gli stessi: ottenere prestazioni più elevate a parità di volume occupato e, di recente, anche raggiungere un’efficienza energetica che garantisca una migliore gestione della batteria, e quindi dell’autonomia dei device.
A lanciare la sfida per la realizzazione di nuovi microchip stavolta è IBM Research, che ha presentato un nuovo chip con architettura a 2 nanometri.
Un importante balzo avanti nella miniaturizzazione, considerato che gli attuali chip possono contare su architetture a 5 o 7 nanometri. La vera innovazione è nella struttura a nanofogli e nei transistorgate-all-around, che hanno richiesto una progettazione e lo sviluppo di un sistema di produzione completamente rinnovato. Per poter vedere sul mercato i microchip a 2 nanometri, però, bisognerà attendere almeno il 2024: IBM sta cercando produttori di wafer di silicio che prendano parte alla sfida e diventino partner della rivoluzione dei microchip.
Design rinnovato e prestazioni migliorate: il nuovo microchip IBM
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Gli attuali processi di produzione più avanzati sono quelli a 5 nanometri realizzati dalla Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TMSC) e da Samsung, due tra i più grandi produttori di semiconduttori e chip al mondo, mentre gran parte del settore utilizza ancora processi a 7 o più nanometri. Ora IBM alza, o forse sarebbe più corretto dire abbassa, l’asticella presentando un processo di produzione a 2 nanometri, appena 2 miliardesimi di metro: dei filamenti larghi quanto quelli del DNA.
Ciò che contraddistingue il chip di IBM da quelli attuali in commercio è la struttura rinnovata.
Se nei transistor FinFET, che rappresentano lo standard di costruzione dal 2011, la corrente elettrica scorre in un’area allungata a forma di pinna, nella struttura “nanosheet”, cioè a nanofogli, la corrente circola in una pila di nastri individuali. Il punto di forza del nuovo microchip è nel metodo di produzione basato su due strutture: i già citati nanofogli e il gate-all-around, cioè un nuovo design per il componente a transistor che “accende” e “spegne” la corrente. Il nome di quest’ultimo, gate-all-around, traducibile in italiano con “recintato”, descrive bene la sua natura. Questa tecnologia di gate circonda completamente ogni nanofoglio così che non vi siano perdite di corrente.
Un design rinnovato che ha permesso ai ricercatori IBM di ottenere transistor non solo più piccoli, ma con prestazioni aumentate del 45% e con un consumo energetico ridotto del 75% rispetto a quelli utilizzati per i server IBM o per i chip degli iPhone di Apple. Un risultato che permetterà quindi di aumentare le capacità dell’hardware ottenendo quindi, ad esempio, schede grafiche più veloci e processori per l’elaborazione delle intelligenze artificiali più potenti.
Chip gate-all-aroud: la sfida dei produttori
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Il vero problema di questa nuova frontiera aperta da IBM Research, che ha progettato i chip nei suoi laboratori di Albany, nello stato di New York, è che la società non produce più da anni i propri processori. Per poter vedere i nuovi microchip sul mercato, quindi, bisognerà attendere che IBM trovi un partner industriale disposto a dare il via al nuovo processo di produzione a 2 nanometri su larga scala. Infatti, ad oggi i principali produttori di chip al mondo sono sostanzialmente tre: Intel, TSMC e Samsung. Tutti e tre d’altronde hanno programmi di ricerca dedicati alla miniaturizzazione dei chip e alla tecnologia gate-all-around.
Ad esempio, Samsung ha presentato lo scorso febbraio la sua versione della tecnologia gate-all-around, mentre Intel sta disegnando transistor con più strati di nanofogli.
Anche se IBM da anni collabora coi produttori di processori - Samsung produce i chip per i server IBM da tempo - non sarà facile trovare un partner in poco tempo, sia per la concorrenza nei progetti di ricerca che per i costi necessari per la creazione di un impianto per la produzione su larga scala. Il prossimo passo per IBM sarà quindi dimostrare che il nuovo processo di produzione possa funzionare anche fuori da un laboratorio, permettendo un rapporto tra costi di produzione su larga scala e tempi che sia accettabile. La nuova frontiera dei microchip sembra sempre più vicina, ma nella realtà ci sarà da attendere ancora per vedere i primi device equipaggiati con i potenti processori: per IBM bisognerà attendere almeno il 2024, se non addirittura il 2025.
