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Una nuova architettura di chip potrebbe estendere la legge di Moore
Nel settore della produzione di chip, il modo migliore per aumentare la velocità dell'elettronica e renderla più economica è sempre stato quello di ridurre i transistor di un chip per creare spazio per di più. Ma ora i ricercatori a Laboratori Hewlett-Packard (HP) hanno annunciato un approccio radicalmente diverso: un design che crea spazio per otto volte più transistor su un chip, evitando la necessità di rendere i transistor più piccoli.
Queste barre trasversali su nanoscala, sviluppate da HP, potrebbero portare a un'architettura di chip completamente nuova che migliorerebbe le prestazioni del chip senza ridurre i transistor. Le traverse vanno posizionate sopra i transistor, sostituendo i cavi di interconnessione che attualmente si trovano tra di loro e liberando spazio per più transistor.
Per molto tempo, nel settore siamo stati ossessionati dall'idea che una maggiore capacità [chip] e un costo inferiore equivalgano a transistor più piccoli e abbiamo investito la maggior parte dei nostri sforzi in questo settore, afferma Stanley Williams , senior fellow e direttore della ricerca sulla scienza quantistica presso HP Labs. La nuova ricerca, afferma Williams, è la prima prova che è possibile migliorare notevolmente i circuiti integrati senza ridurre i transistor.
I componenti dei chip sono diventati costantemente più piccoli dagli anni '60, seguendo la legge di Moore: la previsione che circa ogni due anni i circuiti integrati raddoppieranno la capacità e la velocità dei transistor. Tuttavia, gli ingegneri sanno che le dimensioni dei transistor raggiungeranno il limite fisico entro il prossimo decennio circa. Il nuovo design di HP potrebbe estendere gli anni della legge di Moore oltre, afferma Williams.
Il problema con l'architettura dei chip di oggi è che una grande percentuale di silicio non viene effettivamente utilizzata per i transistor. Al contrario, gran parte del patrimonio immobiliare in silicio è popolato da interconnessioni di fili di alluminio che forniscono alimentazione e istruzioni al circuito. Quindi, per fare spazio a più transistor, Williams e il ricercatore HP Greg Snider hanno progettato un chip con i fili in cima, invece che tra i transistor. La ricerca sarà pubblicata nel numero del 24 gennaio di Nanotecnologia .
Questo strato superiore di cablaggio si basa su una struttura a barre incrociate, una sorta di rete metallica su nanoscala, che i ricercatori degli HP Labs hanno sviluppato per i dispositivi di memoria molecolare dagli anni '90. Ad ogni giunzione nella rete, dice Williams, c'è un interruttore che controlla il flusso di elettroni da e verso il transistor sottostante.
Il lavoro di HP segue la ricerca fatta da Konstantin Likharev , professore di fisica alla Stony Brook University, a New York, che per primo ha proposto di collegare i fili sopra i transistor. Tuttavia, lo schema di Likharev richiedeva la manipolazione atomica dei nanofili, un'impossibilità di produzione, afferma Williams. Al contrario, afferma Williams, il design di HP ha il potenziale per essere facilmente integrato in un impianto di produzione di chip.
Attualmente, i ricercatori HP stanno sviluppando un prototipo di laboratorio utilizzando il design e Williams prevede che sarà completato entro la fine dell'anno. Entro il 2010, afferma, la tecnologia dovrebbe essere pronta per la produzione.
La prima applicazione della tecnologia sarà molto probabilmente in un tipo di chip chiamato array di porte programmabili sul campo (FPGA), che hanno la flessibilità di essere programmati per completare una varietà di compiti. Gli FPGA sono tipicamente utilizzati nelle fasi di progettazione dell'elettronica e dei sistemi di comunicazione. Tuttavia, una volta che i bug sono stati eliminati dal progetto, i produttori sostituiscono gli FPGA con chip più veloci ed economici chiamati circuiti integrati specifici per l'applicazione (ASIC). Ridurre le dimensioni e il costo degli FPGA e aumentare la loro velocità ha il potenziale per spostare l'equilibrio tra FPGA e ASIC, afferma Williams.