Intel reinventa i transistor: i chip del futuro saranno 3D

Intel annuncia un'importante rivoluzione tecnica e un'innovazione storica nei microprocessori: i primi transistor 3D al mondo, denominati tri-gate, disponibili per la produzione in grandi volumi.

La transizione ai transistor tri-gate 3D conferma il ritmo dello sviluppo tecnologico in questo settore, rinnovando la validità della Legge di Moore per gli anni a venire.

La combinazione senza precedenti di miglioramenti prestazionali e consumi energetici ridotti rende possibile l'introduzione di innovazioni in un'ampia gamma di futuri dispositivi basati su tecnologia di processo a 22 nm, dai più piccoli device mobili ai potenti server basati su cloud.
Intel dimostra un nuovo microprocessore a 22 nanometri, nome in codice "Ivy Bridge", che sarà il primo chip disponibile in grandi quantità ad impiegare transistor tri-gate 3D.

Per la prima volta dopo l'invenzione dei transistor in silicio, avvenuta oltre 50 anni fa, entreranno in produzione, in grandi volumi, dei transistor dotati di una struttura tridimensionale. Intel inizierà la produzione in massa del rivoluzionario progetto di transistor 3D denominato tri-gate - annunciato per la prima volta da Intel nel 2002 - con processo di produzione a 22 nm (22 miliardesimo di metro), in un chip conosciuto con il nome in codice "Ivy Bridge". I transistor tri-gate tridimensionali rappresentano un cambiamento radicale rispetto alla struttura planare bidimensionale su cui sono basati, da diversi decenni, non solo tutti i computer, telefoni cellulari e dispositivi elettronici di largo consumo, ma anche i controlli elettronici disponibili all'interno di  automobili, aeromobili, elettrodomestici, dispositivi medici e migliaia di altri dispositivi di uso quotidiano.

I vantaggi di una struttura 3D sono sempre stati  riconosciuti dai ricercatori, poiché permettono di mantenere il ritmo della legge di Moore, in quanto la continua riduzione delle dimensioni dei dispositivi viene alla fine limitata dalle leggi fisiche. La chiave di questa rivoluzione è la capacità di Intel di implementare il nuovo progetto dei transistor tri-gate 3D in una produzione in grandi quantità, entrando nella nuova era della legge di Moore e aprendo le porte a una nuova generazione di innovazioni in un'ampia gamma di dispositivi.

La legge di Moore è una previsione relativa alla velocità di sviluppo della tecnologia del silicio, in base alla quale la densità dei transistor raddoppia approssimativamente ogni 2 anni, incrementando funzionalità e prestazioni, riducendone i costi. Costituisce il modello fondamentale di business per il settore dei semiconduttori da oltre 40 anni.
Con i transistor tri-gate 3D di Intel, i chip operano a una tensione inferiore e con una minore dispersione di elettricità, per offrire una combinazione straordinaria di prestazioni migliorate ed efficienza energetica rispetto ai precedenti transistor. Queste potenzialità offrono ai designer la flessibilità di scegliere transistor destinati al basso consumo o alle prestazioni elevate, a seconda dell'applicazione implementata.

I transistor tri-gate 3D a 22 nm offrono prestazioni a bassa tensione  fino al 37% più elevate rispetto ai transistor planari a 32 nm di Intel. Questo incredibile miglioramento li rende ideali per l'uso in piccoli dispositivi mobili, che consumano meno energia per l'attivazione e la disattivazione delle funzionalità. A fronte delle stesse prestazioni dei transistor planari 2D disponibili nei chip a 32 nm, i nuovi transistor infatti, consumano meno della metà dell'energia.  I transistor continuano a diventare sempre più piccoli, economici ed energeticamente efficienti conformemente alla legge di Moore, dal nome del co-fondatore di Intel Gordon Moore.

Per questo motivo, Intel è stata in grado di innovare e integrare, aggiungendo più caratteristiche e core di elaborazione a ogni chip, aumentando le prestazioni e riducendo i costi di produzione per ogni transistor. Sostenere l'avanzamento della legge di Moore diventa ancora più complesso con la generazione a 22 nm. In previsione di ciò, i ricercatori Intel hanno inventato nel 2002 il transistor tri-gate, chiamato così per i tre lati del gate. L'annuncio odierno fa seguito infatti, ai successivi anni di sviluppo nel settore di ricerca, sviluppo e produzione di Intel, e segna l'implementazione di questo progetto per la produzione in grandi volumi.

I transistor tri-gate 3D rappresentano una re-invenzione del transistor. Il tradizionale gate planare bidimensionale "piatto" viene sostituito da un'aletta di silicio tridimensionale, incredibilmente sottile, che si sviluppa in verticale dal substrato di silicio. Il controllo della corrente viene ottenuto, implementando un gate su ognuno dei tre lati dell'aletta, due su ogni lato e uno sulla parte superiore, anziché solo sulla parte superiore come nel caso dei transistor planari bidimensionali. Questo controllo aggiuntivo rende possibile il massimo flusso di corrente quando il transistor è in piena attività (stato "on" per le prestazioni) e il più possibile vicino allo zero quando è inattivo (stato "off" per ridurre il consumo energetico), e consente al transistor di passare con estrema velocità tra i due stati (anche in questo caso per le prestazioni).

Così come la pianificazione urbanistica prevede la realizzazione di grattacieli per ottimizzare lo spazio disponibile costruendo in altezza, la struttura dei transistor tri-gate 3D di Intel offre la possibilità di gestire efficacemente la densità. Poiché queste alette sono verticali per loro natura, è possibile incrementare la densità dei transistor, un aspetto importante ai fini dei vantaggi tecnologici ed economici della legge di Moore. Per le future generazioni, i progettisti avranno inoltre la possibilità di continuare ad aumentare l'altezza delle alette per migliorare ulteriormente le prestazioni e l'efficienza energetica. Il transistor tri-gate 3D verrà implementato nel prossimo processo di produzione di Intel, il cosiddetto nodo a 22 nm, in riferimento alle dimensioni delle singole caratteristiche del transistor.

Oggi, Intel ha presentato il primo microprocessore a 22 nm al mondo, nome in codice "Ivy Bridge", funzionante in un notebook, un server e un computer desktop. I processori Intel Core basati su questa architettura saranno i primi chip - prodotti in grandi quantità - in cui verranno utilizzati i transistor tri-gate 3D. Ivy Bridge dovrebbe essere pronto per la produzione in grandi quantità entro la fine dell'anno.
Questa rivoluzionaria tecnologia di silicio permetterà inoltre di offrire prodotti basati su processori Intel Atom ancora più integrati, che sfruttano le prestazioni, le funzionalità e la compatibilità software dell'Architettura Intel,  rispettando al contempo i requisiti generali di consumi, costi e dimensioni di un'ampia gamma di segmenti di mercato.

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