IBM investe tre miliardi di dollari per l'era post-silicio

Le attività di ricerca di IBM spazieranno in varie aree che vanno oltre le tecnologie produttive attuali:

-Computazione neurosinaptica: IBM sta lavorando su una tecnologia che si allontana dall'approccio attuale, e vecchio di decenni, di eseguire un'operazione dopo l'altra, in direzione di un comportamento più simile a quello del cervello umano, progettando un'architettura basata su elementi che imitino neuroni e sinapsi. IBM spera di poter realizzare un sistema da 10 miliardi di neuroni capaci di operare parallelamente e interconnessi da 100 mila miliardi di sinapsi, in grado di consumare meno di un kW di potenza e occupando meno di due litri di volume.

-Computazione quantistica: tecnologia che anch'essa si allontana dall'approccio digitale di oggi, dove i bit rappresentano due valori, 0 o 1. La computazione quantistica si basa invece sui qbit che possono assumere entrambi questi valori simultaneamente, caratteristica che teoricamente può essere sfruttata per compiere più operazioni allo stesso tempo. Alcuni computer quantistici sperimentali sono arrivati sul mercato, come ad esempio il progetto D-Wave di Google e della NASA.

-Materiali III-V: i chip odierni fanno uso di silicio e germanio, che fanno parte del gruppo IV della tavola periodica degli elementi. Chip dalle maggiori prestazioni possono essere costruiti utilizzando elementi dei gruppi III e V (l'arseniuro di gallio è un composto di questi elementi, ad esempio). Le prestazioni superiori sono assicurate da una maggior mobilità elettronica, che determina quanto velocemente i transistor possono accendersi e spegnersi. Si tratta però di una strada che oggi non è economicamente sostenibile per l'elettronica su larga scala. Secondo IBM è però un'opzione molto valida, anche per la riduzione del consumo energetico.

-Nanotubi di carbonio: gli atomi di carbonio possono unirsi in strutture tubolari. IBM sostiene che i nanotubi di carbonio siano un candidato ideale per l'evoluzione oltre i 7 nanometri e per sosituire il silicio nel ruolo di semiconduttore. I nanotubi possono essere usati per transistor di dimensioni ancor più piccole e l'elevata velocità di accensione/spegnimento potrebbe portare ad un incremento di prestazioni di 5 o 10 volte rispetto al silicio.

-Grafene: è un parente stretto dei nanotubi di carbonio e si tratta di un reticolo di atomi di carbonio spesso appena un atomo. Gli elettroni si muovono più velocemente che nel silicio, e questo materiale potrebbe essere usato per operazioni come la gestione di segnali radio ad alta frequenza.

-Transistor ad effetto tunnel: l'effetto tunnel oggi è un problema, ma potrebbe essere in realtà sfruttato per pilotare la corrente elettrica in un transistor portando all'impiego di una tensione inferiore e conseguentemente ad un minor consumo e ad una minore temperatura d'esercizio. Secondo IBM i transistor ad effetto tunnel possono ridurre i consumi di un fattore 100.

-Fotonica basata sul silicio: i fotoni si muovono più velocemente degli elettroni e non producono il surriscaldamento che l'elettricità genera fluendo attraverso i conduttori. Questo è il principale vantaggio della fotonica basata sul silicio, che usa i chip per generare e ricevere segnali. E' inoltre possibile trasmettere varie frequenze della luce, compattando così più informazione in un segnale. Il networking basato su fibra ottica è oggi ampiamente sfruttato, ma economicamente sostenibile solo per lunghe distanze. IBM è tra le realtà che lavorano per accorciare questi collegamenti, portandoli a connettere computer all'interno di datacenter e componenti all'interno di uno stesso computer. Non ci sono, però, ancora tabelle di marcia definite per la commercializzazione di questo tipo di tecnologia, anche se IBM vi è al lavoro da molti anni, raggiungendo inoltre traguardi significativi, come abbiamo avuto modo di dettagliare in questo articolo.

"Prevediamo che per poter arrivare ai 7 nanometri e oltre dovremo disporre di architetture a semiconduttore, di nuovi strumenti e nuove tecniche di produzione entro la fine del decennio. Questo è il motivo per cui è critico, per noi, compiere ora significativi investimenti nella ricerca e nello sviluppo per dimostrare quali innovazioni a 7 nanometri saranno utili, ancor prima che possano essere commercializzate" ha sottolineato Chen.

Interessanti anche le considerazioni di Tom Rosamilia, senior vice president IBM System and Technology group, il quale osserva: "Nei prossimi dieci anni i sistemi hardware saranno sostanzialmente differenti, con i nostri scienziati ed ingegneri che porteranno al limite le innovazioni nel campo dei semiconduttori, allo scopo di esplorare il futuro dopo il silicio".

I 7 nanometri rappresentano uno snodo cruciale nel mondo della miniaturizzazione tencologica dal momento che vi sono forti possibilità che il raggiungimento di questo traguardo possa coincidere con la fine della legge di Moore che, sebbene enunciata in vari modi sin dalla sua formulazione, indica sostanzialmente la capacità di raddoppiare ogni due anni il numero di transistor presenti in un chip di silicio. Nel corso di 30 anni la legge di Moore ha di fatto descritto una evoluzione ed un progresso ad un ritmo senza pari, consentendo di realizzare architetture che sono passate da 1MHz a 5GHz, ovvero un incremento di 5000 volte.

E' comunque bene osservare, come già sottolineato in passato da varie aziende e luminari del mondo dei semiconduttori, che il raggiungimento dei limiti della legge di Moore sarà più una questione economica che fisica: pur con il raggiungimento di limiti fisici, procedere sulla strada della miniaturizzazione con l'approccio che si è adottato fino ad ora sta portando a costi che si fanno sempre più insostenibili. Da qui nasce l'esigenza di cercare strade alternative (oltre alle varie attività di ricerca di IBM consigliamo anche la lettura dell'articolo sul Transistor Vacuum-Channel pubblicato nelle scorse settimane), percorribili in maniera più economica e che possano assicurare una lunga prospettiva di evoluzione futura.