Un nuovo steo nell’evoluzione della tecnologia a semiconduttore: si chiama transistor VTFET ed è nato dalla collaborazione di Samsung e IBM. Si tratta di una potenziale rivoluzione perché promette riduzioni drastiche dei consumi energetici
IBM e Samsung annunciano un nuovo chip chiamato VTFET, una svolta per i semiconduttori non solo dal punto di vista della progettazione convenzionale, ma anche e soprattutto per le potenzialità in termini di performance e riduzione dei consumi energetici – si stima che VTFET necessiterà fino all’85% di energia in meno.
Il transistor VTFET: una nuova tecnologia per dispositivi più efficienti
Sviluppato da un team congiunto di ricercatori dell’Albany Nanotech Complex – uno dei centri più avanzati nell’innovazione dei semiconduttori a livello globale – il rivoluzionario prototipo di IBM e Samsung, nuovo nel design, ha un’architettura a transistor verticale. Questo permette ad un numero esponenziale di transistor di essere impilati in verticale all’interno di un chip, rimuovendo i vincoli di densità ed efficienza energetica degli attuali transistor, che sono disposti orizzontalmente per giacere piatti sulla superficie di un semiconduttore.
La riduzione di energia risultante potrebbe portare a significativi miglioramenti nelle prestazioni in svariati ambiti, come:
- le batterie dei telefoni cellulari che potranno durare più di una settimana senza essere caricate, invece che giorni;
- i processi ad alta intensità energetica, come le operazioni di criptomining e la crittografia dei dati, che potrebbero richiedere molta meno energia e avere una minore impatto sull’impronta di carbonio;
- l’espansione dell’Internet of Things (IoT) e dei dispositivi edge che potrebbe essere accelerata – richiedendo meno energia per operare in ambienti difficili, come boe oceaniche, veicoli a guida autonoma e veicoli spaziali.
L’Albany Nanotech Complex e IBM hanno anche collaborato per produrre i transistor a 2nm, i quali permettono di raggiungere densità eccezionali con 50 miliardi di transistor stipati uno spazio grande come un’unghia. Il centro è il risultato di miliardi di dollari di investimenti in R&S sui semiconduttori ed è un hub condiviso tra pubblico e privato per la ricerca e la collaborazione scientifica ed è tra i candidati del governo degli Stati Uniti a sede del National Semiconductor Tecnology Center. Dr. Mukesh Khare, Vice President, Hybrid Cloud and Systems, IBM Research, dichiara:
Questo annuncio tecnologico riguarda la sfida alle convenzioni e il ripensamento del modo in cui continuare a far progredire la società e fornire nuove innovazioni che migliorano la vita, il business e riducono il nostro impatto ambientale. Dato il vincoli che l’industria sta attualmente affrontando su più fronti, IBM e Samsung stanno dimostrando il nostro impegno per l’innovazione congiunta nella progettazione dei semiconduttori e una ricerca condivisa di ciò che chiamiamo “hard tech”.
FinFET vs VTFET
L’attuale tecologia più utilizzata nel produrre chip è quella FinFET. Essenzialmente il FinFET ha la stessa struttura di un FET tradizionale e quindi si sviluppa in orizzontale. Questo significa che source, drain e gate giacciono all’incirca sullo stesso piano. Il termini “Fin” deriva dal fatto che i canali di suorce e drain sono molto sottili e questo permette di raggiungere velocità di commutazione molto elevate e una maggiore densità . Tuttavia rimane un grosso problemas: il consumo di area. Miliardi di transistor, per quanto piccoli, occupano una supercificie. Aumentare il numero di transistor, tenendo le dimensioni compatte è sempre più complicato in sostanza.
IBM e Samsun con la tecnologia transistor VTFET sono riuscite invece a creare un transistor in verticale. Significa che il source sta sotto, il gate nel mezzo e il drain sta sopra. Un specie di sandwitch che occuperebbe molta meno area di un transistor tradizionale (un terzo a livello teorico). Questa struttura però migliorerebbe anche il flusso delle corrente, grazie ad un design dei punti di contatto tra le componenti del transisto diverso, permettendo di risparmiare fino all’85% di energia rispetto alla tecnologia FinFET.
L’innovazione presso l’Albany Nanotech Complex è orientata verso la commercializzazione e quindi è stato annuciato che Samsung produrrà i chip IBM con il nodo a 5 nm. Si prevede che questi chip verranno utilizzati nelle piattaforme server di IBM. La partnership ha origini nel 2018, quando Samsung ha prodotto i chip da 7 nm di IBM, che sono diventati la base della famiglia di processori server IBM Power10 all’inizio di quest’anno. Il processore IBM Telum, anch’esso rivelato all’inizio di quest’anno, è prodotto in modo simile da Samsung utilizzando i progetti di IBM. L’eredità di IBM di innovazioni sui semiconduttori include anche la prima implementazione di tecnologie di processo a 7 nm e 5 nm, tecnologia high-k metal gate, transistor SiGe a canale, DRAM a cella singola, leggi di scaling di Dennard, fotoresist amplificati chimicamente, cablaggio di interconnessione in rame, silicio su isolante tecnologia, microprocessori multi core, DRAM incorporata e stacking di chip 3D.
Certo che la vera sfida per Samsung sarà quella di riuscire a produrre queste complicate strutture tridimensionali in manieta efficiente e in volumi elevati. Infatti uno degli enormi vantaggi della tecnologia planare sta nella semplicità con cui è possibile produrre chip. Sicuramente sarà difficile vedere la tecnologia a transistor VTFET nei prodotti commerciali presto, ma si tratta comunque di una enorme conquista. Dalla sezione hardware è tutto, continuate a seguirci!
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