Si apre la grande sfida tra le tecnologie 3D e 2D di nuova generazione nei microprocessori.
Intel, leader incontrastata nella produzione di ‘microchips’ per ì ‘Personal Computers’ ha recentemente annunciato il lancio di una nuova tecnologia per progettarli e produrli. La nuova tecnologia è stata anche divulgata su importanti giornati non tecnici quali il New York Times, ilmFinancial Times, il Wall Street Journal. E stata definita ‘FinFET’ (Fin Field Effect Transistor), perché si basa su un progettazione grazie balla quale il silicio viene modellato secondo microscpici pilastri, o pinne (fins) aumentando di tre volte l’area dicanale del transistor stesso (Trigate)
Questo viene realizzato utilizzando un processo ‘fotolitografico’ (comune in tutta la microelettronica) grazie al quale le dimensioni minime delle tracce sul silicio sono dal 2009 di 32 nanometri (per dare una idea della dimensione ricordiamo che una cellula di sangue rossa è di 7500 nanometri, ed una stringa di DNA è di 2.5 ) e a partire da quest’anno INTEL scenderà a 22.
Il risultato di questa nuova tecnologia, si può vedere molto chiaramente al microscopio elettronico. I circuiti elettronici sembrano una architettura urbana, fatta di milioni di strade e mura, incroci e piazze.
Grazie a queste strutture tridimensionali, la velocità del microprocessore, secondo Intel, aumenterebbe di almeno un terzo ed il consumo di energia, rispetto alla tecnologia precedentemente usata l, si dimezzerebbe.
In questo modo Intel spera di raggiungere il suo obiettivo di espandere il suo attuale dominio del mercato che va dai grandi elaboratori dei centri di calcolo fino ai personal computers ( desktops e laptops) , verso quello in grande crescita di ‘smartphones’ e ‘tablets.’ che richiedono microprocessori a bassissimo consumo (sia per la limitata dimensione delle batterie, che per la necessità di non emettere troppo calore).
TSMC, il grande produttore Taiwanese di microchips, ha già dichiarato che non intende iniziare ad adottare la tecnologia 3D per almeno due anni.
ISDA (International Semiconductor Development Alliance) della quale fanno parte STM, IBM, GlobalFoundries, Renesas, Samsung e Toshiba si è concentrata sulla realizzazione di un processo ancora a 2D, ma molto efficiente detto ‘high-k metal-gate process 32/28nn low-power’, per scendere alle dimensioni di 14 nanometri. ST ha già iniziato i primi prototipi basati su questa nuova piattaforma.
Carlo Bozzotti, President e CEO di STMicroelectronics ci ha detto che ISDA sta già sviluppando la tecnologia 20nm ancora basata su con transistor planare 2D. Il consorzio ritiene che, a 20nm, questa tecnologia permetta una maggiore flessibilità di quella 3D per le diverse applicazioni cui è destinata, ed una ottima compatibilita’ con librerie sofware e progetti pre-esistenti.
Consente l’aggiustamento dinamico della soglia di tensione del transistor, tecnica chiave per ridurre i consumi nei chips degli ‘smart-phones.
Nel complesso dice Bozotti si ritiene che il 20nm sia ad un ottimo livello di trade-off rispetto al 3D Intel, per quanto riguarda le prestazioni di velocità, consumi in dinamica ed in stand-by.
Le dimensioni dei canali sotto i 20 nanometri rendono comunque estremamente complesso il controllo delle perdite elettriche malgrado i grandi progressi tecnologici dell’ultimo decennio. Quindi, per la prossima generazione a 14nm, il consorzio sta valutando due alternative: 3D, come Intel , o ancora transistor 2D con architettura planare, ma su substrato di un film isolante SOI. (Silicon on Insulator)
La decisione verrà presa all’inizio dell’anno prossimo.
La tecnologia 3D deve tener conto però del fatto che la velocità dei circuiti è solo uno dei parametri di cui tener conto. Contano molto anche la complessità ed i costi di produzione, la performance in termini di consumo energetico e la riduzione diella superficie diel silicio necessaria per il chip.
I progettisti degli Smartphones stanno sviluppando tecniche sempre più raffinate per adattare il consumo della energia , e quindi la durata della batteria, alla domanda delle diverse applicazioni ( video, audio, videogiochi, gps…) Una architettura 2D mostra maggiore capacità di adattamento a questo tipo di ottimizzazione. Lo stesso potrebbe essere ottenuto anche con architetture 3D, ma con un aumento di complessità e di costi di produzione.
