L’intelligenza artificiale ha fame. Consuma potenza di calcolo per colazione, pranzo e cena e i chip piatti standard non possono più alimentarla.
I limiti fisici stanno colpendo duramente. I transistor non si stanno restringendo più come prima. Non proprio. Non più. Quindi un team dell’Università dell’Illinois ha fatto ciò che sembrava ovvio in retrospettiva: li ha impilati.
Pubblicato il 27 maggio su Nature, il nuovo studio descrive in dettaglio un chip di silicio tridimensionale. Non un sandwich di chip separati incollati insieme, ma un unico blocco costruito con membrane ultrasottili.
Up è il nuovo Out
A partire dagli anni ’60 abbiamo giocato un gioco di contrazione. Transistor più piccoli significavano che ne potevano stare di più sulla stessa superficie. Questa era la legge di Moore. Raddoppia i transistor ogni due anni. Continua a spingere. Continua a rimpicciolirti.
Sta finendo.
Qing Cao, autore principale dello studio, afferma che ci siamo scontrati con un muro di silicio stesso. Le proprietà intrinseche dei materiali. Meccanica quantistica. Il passo del cancello contattato non diminuisce affatto.
Se vuoi più potenza hai due scelte: continuare a schiacciare i dispositivi su una superficie piana finché non si rompono o si accumulano verso l’alto. Cao ha risposto.
Consideratela come una pianificazione urbana. In una città 2D ogni bit di informazione necessita della propria impronta di sei transistor. Si espande. In una città 3D costruisci torri. Stessa funzione. Stessa memoria di bit. Molto meno spazio sul pavimento. E, cosa fondamentale, i dati non devono viaggiare attraverso chilometri di strada del silicio. Sale di qualche nanometro. Più veloce. Più fresco. Più facile con la batteria.
Il problema del caldo
Lo stacking non è esattamente una novità.
L’industria ci ha già provato. L’integrazione verticale suona alla grande sulla carta finché non si guarda il calore.
La produzione tradizionale del silicio richiede 1.000 C (1.832 F) per produrre buoni chip. Cucini il primo strato alla perfezione. Quindi aggiungi fili metallici per collegare lo strato successivo. Riaccendi la fornace. Puff. Il metallo si scioglie.
Esiste un limite rigido noto come “bilancio termico”. Dopo quel primo strato puoi sopportare solo circa 400 C (752 F). Vai più in alto e tutto si degrada.
Le soluzioni precedenti compromettevano la qualità. I produttori hanno sostituito il vero silicio con alternative negli strati superiori: ossidi metallici amorfi. Nanotubi di carbonio. Roba policristallina. Ha mantenuto il calore basso ma ha sacrificato prestazioni e affidabilità. Chi vuole un chip lento che si rompa facilmente?
Il nostro metodo non solo è più facile da implementare ma anche più economico, ha osservato Cao. Evita del tutto le insidie precedenti.
Soluzioni sottilissime
Il team dell’Illinois ha utilizzato un trucco chiamato integrazione monolitica. Invece di produrre chip separatamente e incollarli – cosa che crea punti deboli – costruiscono tutto su un unico substrato.
Hanno iniziato con nanomemberani di silicio ultrasottili. Quanto magro? Meno di 10 nanometri. All’incirca la larghezza di una singola molecola proteica. Confrontalo con un wafer standard di mezzo millimetro di spessore. Queste membrane sono flessibili. Si conformano. Non si rompono sotto pressione.
Hanno utilizzato una plastificatrice a rullo per raccogliere queste pelli e posizionarle sopra lo strato di base.
Ecco il kicker. Il legame è rimasto forte a soli 200 C (392 F). Cinque volte più fresco della ricetta standard. I fili metallici esistenti sono sopravvissuti. La qualità del silicio è rimasta elevata.
Hanno realizzato un chip con tre strati. Ciascuno conteneva 625 transistor
Quel numero sembra piccolo. Al momento ne esistono miliardi in chip commerciali. Ma questo non è ancora un prodotto commerciale. È una prova di concetto. Un prototipo che mostra che il flusso di corrente è da tre a quattro volte migliore rispetto alle alternative di compromesso che utilizzano materiali non silicici.
Funziona.
Ora l’industria deve capire come ridimensionarlo. Come impilare dieci strati invece di tre. Come produrre queste membrane senza costare un occhio della testa. Il risultato di laboratorio è pulito. Il mercato è disordinato. Le fabbriche si preoccuperanno abbastanza di ricostruire le loro linee?
Questa è la prossima domanda.
