A IA está com fome. Ele consome poder de computação no café da manhã, almoço e jantar, e chips planos padrão não podem mais alimentá-lo.
Os limites físicos estão atingindo fortemente. Os transistores não estão encolhendo como antes. Na verdade. Não mais. Então, uma equipe da Universidade de Illinois fez o que parecia óbvio em retrospecto: empilhou-os.
Publicado em 27 de maio na Nature, o novo estudo detalha um chip de silício tridimensional. Não um sanduíche de chips separados colados, mas um único bloco construído com membranas ultrafinas.
Up é o novo Out
Desde a década de 1960, jogamos um jogo de encolhimento. Transistores menores significavam que mais poderiam caber na mesma área de superfície. Essa era a lei de Moore. Dobre os transistores a cada dois anos. Continue empurrando. Continue encolhendo.
Está acabando.
Qing Cao, principal autor do estudo, diz que atingimos uma parede de silício. As propriedades intrínsecas do material. Mecânica Quântica. O passo do portão contatado não está diminuindo.
Se você quiser mais potência, você tem duas opções: continuar espremendo os dispositivos em uma superfície plana até que eles quebrem ou cresçam. Cao escolheu.
Pense nisso como um planejamento urbano. Em uma cidade 2D, cada informação precisa de seu próprio espaço de seis transistores. Ele se espalha. Em uma cidade 3D você constrói torres. Mesma função. Mesmo armazenamento de bits. Muito menos espaço. E, o que é mais importante, os dados não precisam percorrer quilômetros de estrada de silício. Ele sobe alguns nanômetros. Mais rápido. Mais fresco. Mais fácil com a bateria.
O problema do calor
O empilhamento não é exatamente uma novidade.
A indústria já tentou antes. A integração vertical parece ótima no papel até você olhar para o calor.
A fabricação tradicional de silício precisa de 1.000 C (1.832 F) para produzir bons chips. Você cozinha a primeira camada perfeitamente. Em seguida, você adiciona fios de metal para conectar a próxima camada. Você liga a fornalha novamente. Puf. O metal derrete.
Existe um teto rígido conhecido como “orçamento térmico”. Depois dessa primeira camada você só aguenta cerca de 400 C (752 F). Vá mais alto e tudo se degradará.
Soluções anteriores comprometeram a qualidade. Os fabricantes trocaram o silício real por alternativas nas camadas superiores – óxidos metálicos amorfos. Nanotubos de carbono. Material policristalino. Ele manteve o calor baixo, mas sacrificou o desempenho e a confiabilidade. Quem quer um chip lento que quebre facilmente?
Nosso método não é apenas mais fácil de implementar, mas também mais barato, observou Cao. Isso evita totalmente as armadilhas anteriores.
Soluções finas como papel
A equipe de Illinois usou um truque chamado integração monolítica. Em vez de fabricar chips separadamente e colá-los – o que cria pontos fracos – eles constroem tudo em um único substrato.
Eles começaram com nanomembranos de silício ultrafinos. Quão magro? Menos de 10 nanômetros. Aproximadamente a largura de uma única molécula de proteína. Compare isso com um wafer padrão com meio milímetro de espessura. Essas membranas são flexíveis. Eles se conformam. Eles não quebram sob pressão.
Eles usaram um laminador de rolo para pegar essas películas e colocá-las em cima da camada de base.
Aqui está o chute. O vínculo manteve-se forte em apenas 200 C (392 F). Cinco vezes mais frio que a receita padrão. Os fios metálicos existentes sobreviveram. A qualidade do silício permaneceu alta.
Eles fizeram um chip com três camadas. Cada um continha 625 transistores
Esse número parece pequeno. Existem bilhões em chips comerciais no momento. Mas este ainda não é um produto comercial. É uma prova de conceito. Um protótipo que mostra o fluxo de corrente é três a quatro vezes melhor do que aquelas alternativas de compromisso que utilizam materiais sem silício.
Funciona.
Agora a indústria precisa descobrir como dimensioná-lo. Como empilhar dez camadas em vez de três. Como fabricar essas membranas sem custar um braço e uma perna. O resultado do laboratório está limpo. O mercado está confuso. Será que as fábricas se importarão o suficiente para reconstruir as suas linhas?
Essa é a próxima pergunta.
