“Il numero dei transistor integrati in un circuito raddoppia ogni 18/24 mesi”, aveva affermato Gordon Moore in un articolo pubblicato su Electronics Magazine il 19 aprile del 1965. Nel 2005, Moore dichiarò che la sua “legge” sarebbe giunta alla fine entro 15 anni.

“C'è una fine per ogni quantità fisica. Ci sono alcuni limiti fondamentali e non vi siamo lontani”, ha dichiarato Moore in un intervento all'Intel Developers Forum (IDF) di San Francisco, durante una sessione di domande e risposte. Poi ha aggiuinto: “Non avrei mai creduto che i wafer potessero diventare tanto grandi (300 mm)”.

Malgrado gli impressionanti progressi compiuti dalla tecnologia utilizzata per la produzione dei chip, come l'uso dell'afnio e di cinque strati molecolari, la “legge di Moore” è dunque destinata a non essere più valida nell'arco di 10-15 anni per raggiunti limiti fisici dei processi di miniaturizzazione. Storicamente, la difficoltà nel ridurre le dimensioni dei transistors MOSFET è stata associata al processo di produzione di componenti a semiconduttore. Oggi, i circuiti integrati contengono MOSFET con lunghezze di canale di novanta nanometri o meno (45 nanometri è la tecnologia più aggressiva attualmente in produzione).

Produrre MOSFET con lunghezze di canale più corte di un micrometro è una grande sfida: recentemente, le ridotte dimensioni dei MOSFET hanno creato problemi di funzionamento. Si cerca di usare MOSFET sempre più piccoli perché lasciano passare meglio la corrente, offrendo minore resistenza. Inoltre, con gate più piccoli si possono ridurre i tempi di accensione/spegnimento dei transistor stessi, raggiungendo velocità di commutazione più elevate. Riducendo le dimensioni del transistor si riduce anche l'area del circuito, il ché porta a ridurre i costi, poiché MOSFET più piccoli possono formare circuiti più densi, con maggiore potenza di calcolo. Poiché il costo della produzione di circuiti integrati è altamente collegato al numero di chip che possono essere prodotti per wafer di silicio, il prezzo per chip si riduce.

I problemi che i progettisti elettronici si trovano a fronteggiare nel momento in cui scelgono di utilizzare MOSFET sono: il raggiungimento da parte degli elettroni della “velocità di saturazione” (raggiunta questa velocità, non possono essere più ulteriormente accelerati e pertanto la corrente assume un valore costante ed inferiore a quello che avrebbe in saturazione del dispositivo. Questo fenomeno, molto sentito nelle tecnologie nanometriche, comporta un notevole scarto nei tempi di commutazione); riduzione della “tensione di soglia” (il transistor non può spegnersi completamente, con il risultato che si forma uno strato con una debole tensione inversa che consuma potenza nella forma di una “corrente di sottosoglia”, quando il transistor non conduce, che può consumare anche il 50% della potenza richiesta dal chip); crescita della capacità di interconnessione, cioè della capacità dei conduttori che connettono le diverse parti del chip (poiché i segnali devono viaggiare attraverso il chip, accrescendo i ritardi e abbassando le prestazioni); la dissipazione termica, per via della densità sempre crescente di transistors in un circuito integrato (se il calore prodotto non viene smaltito in modo opportuno, si possono avere la distruzione immediata, o la riduzione drammatica del tempo di vita del circuito (ormai, tutti i microprocessori High Performance, possono funzionare solo con opportuni dissipatori di calore e con sistemi che ne aiutano il raffreddamento); l'effetto tunnel tra il gate e il canale, che provoca un aumento del consumo di potenza, che si verifica con ossidi di gate spessi circa 2 nanometri (che corrispondono a circa 5 atomi); infine, il numero di atomi di silicio che influiscono sulle proprietà dei transistosr (che con transistors sempre più piccoli va diminuendo, il ché può compromettere le caratteristiche del transistor).

Intel, all'avanguardia nella sperimentazione di nuovi composti per la costruzione dei microprocessori, ha recentemente annunciato lo sviluppo dei primi prototipi funzionanti di processori “silicon-free”, in cui il silicio è sostituito dall'afnio, numero atomico 72: transistor grandi la metà, con un taglio del 30% nel consumo energetico e almeno il 20% in più di prestazioni. Entro la fine di quest'anno, i chip all'afnio saranno pronti per la commercializzazione.

Moore, ormai settantottenne, ha concluso dichiarando che gli piacerebbe andare avanti di 100 anni nel futuro per vedere quali tecnologie saranno sviluppate in questo arco di tempo.

Data articolo: settembre 2007
Fonte: il Sole 24 Ore