Un chip tridimensionale ai nanotubi di carbonio per i computer del futuro

Lo schema del chip 3D (Immagine cortesia Stanford e MIT)
Lo schema del chip 3D (Immagine cortesia Stanford e MIT)

Un articolo pubblicato sulla rivista “Nature” descrive la creazione di una nuova architettura per computer di prossima generazione. Un team dell’Università di Stanford e del MIT guidati da Max Shulaker, assistente professore al MIT, ha usato tecnologie ancora sperimentali come nanotubi di carbonio e RRAM per creare un prototipo di chip tridimensionale che combina le CPU e la RAM degli attuali computer con velocità molto maggiori nel processare i dati e allo stesso tempo consumi molto inferiori.

Nonostante i continui progressi e i conseguenti aumenti di velocità, le comunicazioni tra le attuali CPU e la RAM per non parlare delle memorie di massa rimangono colli di bottiglia. Come se ciò non bastasse negli ultimi anni c’è una crescente preoccupazione riguardo ai limiti dei miglioramenti ancora possibili dei processori basati sul silicio. Il grafene sembra essere diventato l’equivalente della pietra filosofale ma il passaggio dalla creazione di prototipi in laboratorio alle applicazioni commerciali sembra avere tempi ancora lunghi.

In questo scenario c’è chi sta lavorando a soluzioni basate sui nanotubi di carbonio al posto del silicio e anche il team di Stanford e MIT ha percorso quella strada. Il grafene è alla base di questa soluzione perché fogli bidimensionale di questo materiale vengono usati per creare i nanocilindri che costituiscono i nanotubi di carbonio. Essi vengono utilizzati per creare l’equivalente delle CPU ma anche celle di RRAM (resistive random-access memory), una nuova generazione di memorie.

Varie tecnologie sono in fase di sviluppo anche per offrire una nuova generazione di memorie che abbia le prestazioni delle attuali RAM ma che sia non-volatile come le attuali memorie di massa. Ciò consentirebbe di superare uno dei più grossi problemi dei computer attuali con un’architettura che prevederebbe un unico tipo di memoria estremamente veloce che allo stesso tempo non richiederebbe continue riscritture, quindi combinando il meglio delle memorie attualmente in uso.

Il team di Stanford e MIT è andato oltre combinando CPU e RRAM in un unico chip con una struttura tridimensionale, un ulteriore progresso rispetto ai chip in silicio. Il problema è che produrre transistor in silicio richiede temperature di oltre 1.000° Celsius con la conseguenza che la produzione di un secondo strato sopra il primo ne causerebbe il danneggiamento. I nanotubi di carbonio possono essere prodotti a temperature inferiori ai 200° Celsius e la produzione di un secondo strato sopra il primo non lo danneggerebbe.

Tutto ciò offre una serie di vantaggi che va oltre la semplice possibilità di produrre chip con una struttura tridimensionale che integra CPU e RRAM. I nanotubi di carbonio richiedono una quantità di energia un ordine di magnitudine inferiore rispetto ai transistor in silicio e ciò significa anche che producono meno calore. Ad esempio, il prototipo realizzato dal team di Stanford e MIT contiene 2 milioni di transistor e 1 milione di celle RRAM.

Per ora si tratta di un prototipo e bisognerà vedere che tipo di sviluppi ci avrà. In maggio HPE ha presentato un prototipo di The Machine, il suo computer del futuro, che l’azienda sta sviluppando con scopi commerciali. In questi anni si leggono tanti annunci ma le applicazioni commerciali finora sono davvero limitate.

Il team di Max Shulaker sembra ottimista sulle possibilità del chip tridimensionale basato su nanotubi di carbonio, vedremo nei prossimi anni se ne uscirà qualcosa o se si tratta solo di uno dei tanti esperimenti. Sembra comunque che ciò che può essere fatto con il silicio possa essere fatto meglio con il carbonio ma ci vogliono tecnologie sofisticate per utilizzare il carbonio nell’elettronica.

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