Chip, Intel prepara l'avvento dei 22nm

Quasi completata la messa a punto di una nuova tecnologia di stampa dei circuiti elettronici, l'Extreme Ultraviolet Lithography, che permetterà di costruire chip a 22nm e raddoppiare l'attuale numero di transistor
Quasi completata la messa a punto di una nuova tecnologia di stampa dei circuiti elettronici, l'Extreme Ultraviolet Lithography, che permetterà di costruire chip a 22nm e raddoppiare l'attuale numero di transistor

Durante la recente serie di eventi Research@Intel , dove BigI ha illustrato i suoi più importanti progetti di ricerca, si è discusso della futura tecnica Extreme Ultraviolet Lithography ( EUV ), che permetterà ad Intel di produrre chip con circuiti di dimensioni inferiori ai 32 nanometri. La EUV rimpiazzerà la Immersion Lithography ( IL ), che Intel utilizzerà anche per la produzione delle sue imminenti CPU a 32 nm .

I microchip sono “stampati” con un processo detto fotolitografia , una tecnica concettualmente simile alla serigrafia ma che utilizza la luce – per la precisione, una radiazione ultravioletta – invece dell’inchiostro.

La fotolitografia trasferisce i diversi schemi di circuito su un wafer di silicio proiettando un raggio uniforme di luce laser attraverso una maschera e facendolo convergere in seguito sul materiale fotosensibile di cui è rivestito il wafer di silicio. Successivamente si giunge al disegno finale del circuito attraverso sviluppo, etching (rimozione chimica) e deposito dei materiali. Per produrre un comune processore o chip di memoria possono essere necessarie decine di cicli di fotolitografia.

Nel corso degli anni il settore ha sviluppato circuiti sempre più piccoli, il che solitamente ha comportato componenti elettroniche più piccole, più veloci e meno costose, mediante l’utilizzo di lunghezze d’onda di luce sempre più piccole, lenti più potenti e più di recente l’inserimento tra la lente finale e il wafer di silicio di un liquido (semplice acqua, ad esempio) che consente di ottenere un grado di risoluzione ancora maggiore.

Finora non era noto se il settore sarebbe stato in grado di continuare ad adattare questa tecnica ottica a immersione e produrre linee ben definite inferiori ai 32 nanometri. Si riteneva che i nuovi materiali necessari per produrre pattern di queste dimensioni fossero incompatibili tra di loro o potessero produrre unicamente disegni poco chiari e non ben definiti. Di conseguenza negli ultimi anni sono stati presi in esame dei progetti di riserva che prevedevano, per il futuro, il passaggio a metodologie produttive drasticamente diverse ma molto più costose le quali utilizzano speciali raggi X, detti EUV (Extreme Ultra-Violet), e specchi a multistrato invece che laser e lenti.

La EUV utilizza per l’appunto una serie di specchi per indirizzare la luce con una lunghezza d’onda di 13,5 nanometri e stampare geometrie di dimensioni inferiori a 45 nm. Circa 20 volte più piccola di quella impiegata nell’attuale tecnica litografica.

In accordo con la famosa Legge di Moore , secondo la quale le performance e il numero di transistor dei processori raddoppiano ogni 18 mesi, la EUV consente in teoria di produrre processori con velocità superiori a 10 GHz e chip con capacità di storage decisamente superiori rispetto a quelli attualmente disponibili.

Inizialmente Intel dovrebbe impiegarla per fabbricare chip a 22 nm, la cui produzione è prevista tra il 2012 e il 2013. Attualmente la messa a punto della tecnica EUV è in fase avanzata, ma Intel sottolinea come tutti i test fino ad oggi siano stati fatti unicamente in laboratorio.

Il problema che si pone ai progettisti è che al diminuire delle dimensioni dei transistor aumenta in modo sostanziale la dispersione di corrente elettrica, un fattore che costringe i produttori ad alimentare i chip con voltaggi sempre maggiori e, di conseguenza, ad innalzare i consumi. Una parziale soluzione a questo problema, nel campo delle CPU, è stato il passaggio alle architetture multi-core, che permettono di incrementare le performance senza necessariamente innalzare la frequenza di clock.

Da decenni l’industria dei semiconduttori continua a ridurre le dimensioni dei circuiti per migliorare le prestazioni e le funzionalità dei chip e dei prodotti in cui sono integrati. Tuttavia i chip in silicio si stanno ormai avvicinando ai limiti dimensionali di singoli atomi e molecole, e pertanto la fine dei chip al silicio appare ormai sempre più vicina. Tecnologie come quella EUV promettono di estendere la validità della Legge di Moore per un altro decennio, ma è assai probabile che entro il 2020 tutti i maggiori produttori di chip dovranno migrare verso una qualche alternativa al silicio. Più lontano, all’orizzonte, si intravedono anche chip bioelettronici , nanofotonici e quantistici .

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22 06 2009
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