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Autoassemblaggio per rendere i chip più veloci
L'autoassemblaggio di strutture su scala nanometrica, in cui le molecole si dispongono in modi precisi secondo leggi fondamentali della fisica, è stato a lungo un sogno dei progettisti di chip. Questo perché potrebbe essere molto più economico realizzare caratteristiche precise ultrapiccole con l'autoassemblaggio rispetto alle tecniche di produzione di chip esistenti. Ora i ricercatori IBM hanno compiuto un passo verso l'utilizzo dell'autoassemblaggio nella realizzazione dei futuri microprocessori.
Chip che si fanno da soli: Questa sezione trasversale del microprocessore mostra uno spazio vuoto tra il cablaggio in rame del chip. I fili sono solitamente isolati con un materiale simile al vetro, ma IBM ha utilizzato tecniche di autoassemblaggio, che possono essere impiegate negli impianti di produzione di chip, per creare spazi d'aria che isolano i fili.
L'azienda ha annunciato un nuovo processo che utilizza tecniche di autoassemblaggio per creare intercapedini d'aria che isolano i fili nei microprocessori. I primi risultati mostrano che questi isolanti del traferro possono aumentare la velocità di un chip del 35% o consentirgli di consumare il 15% in meno di energia rispetto ai chip senza l'isolatore del traferro. La società prevede che il nuovo processo sarà implementato negli impianti di semiconduttori entro il 2009.
Il nuovo approccio di autoassemblaggio inaugura l'era della nanotecnologia con i chip, afferma Daniel Edelstein , collega IBM e capo scienziato per il progetto del traferro di autoassemblaggio. È importante sottolineare che, afferma Edelstein, il processo di IBM è progettato per essere compatibile con gli attuali impianti e materiali di produzione.
Uno dei colli di bottiglia nello sviluppo dei chip di oggi è il cablaggio in rame che fa passare i dati tra i transistor e fuori dal chip. Man mano che i chip si restringono, questi fili, larghi circa 70 nanometri, devono essere fabbricati più vicini tra loro. Tuttavia, più i fili sono vicini l'uno all'altro, più è probabile che le loro correnti elettriche interferiscano tra loro, consumando energia e rallentando il flusso di dati. L'isolamento può aiutare, ma il materiale isolante di oggi, il vetro, non sarà abbastanza buono per le generazioni future di chip. Gli ingegneri sanno che l'aria è un isolante migliore e hanno lavorato per sviluppare modi per creare traferri abbastanza piccoli, circa 35 nanometri di diametro, da funzionare. Ma le attuali apparecchiature di produzione all'avanguardia non possono produrre in modo affidabile traferri così piccoli.
Così, invece, i ricercatori IBM hanno utilizzato un nuovo tipo di polimero per aiutarli a creare i traferri. Il polimero viene versato su fili di rame annegati in un materiale isolante. Quando il polimero viene riscaldato, le molecole si allontanano l'una dall'altra per formare una serie regolare di fori su scala nanometrica. Questi fori vengono utilizzati come modello per incidere colonne cave nel materiale isolante che circonda i fili. Gli ingegneri quindi pompano il plasma, un gas caricato elettricamente, attraverso i fori per far saltare via il materiale isolante rimanente. Un rapido risciacquo chimico lascia vuoti d'aria su entrambi i lati dei fili di rame.
Penso che questa particolare dimostrazione sia molto incoraggiante per le altre persone che lavorano sull'autoassemblaggio perché vedono che questo diventa sempre più reale e si sposta verso un'implementazione di tipo più industriale, afferma Babak Amir Parviz , professore di ingegneria elettrica presso l'Università di Washington, a Seattle.
Edelstein di IBM afferma che poiché il nuovo processo aggiunge passaggi di produzione al processo complessivo di produzione dei chip, ci sarà un leggero aumento dei costi. Ci sono 10 strati di cablaggio in un chip e stima che il costo aumenterà dell'1% per strato. Alcuni chip, afferma Edelstein, sarebbero costruiti con un singolo strato di intercapedini d'aria, mentre altri potrebbero averne quattro o più, a seconda delle esigenze del cliente. IBM prevede di concedere in licenza la tecnologia ai suoi partner di ricerca, tra cui Advanced Micro Devices, Sony, Toshiba e Freescale Semiconductor.