I ricercatori Intel vedono un percorso verso trilioni di chip di transistor entro il 2030

Intel ha annunciato che i suoi ricercatori prevedono un modo per rendere i chip 10 volte più densi attraverso miglioramenti del packaging e uno strato di un materiale spesso solo tre atomi. E questo potrebbe aprire la strada per mettere un trilione di transistor su un pacchetto di chip entro il 2030.

La legge di Moore dovrebbe essere morta. I chip non dovrebbero migliorare molto, almeno non attraverso i progressi della produzione tradizionale. Questa è una triste idea nel 75° anniversario dell’invenzione del transistor. Nel 1965, il presidente emerito di Intel, Gordon Moore, predisse che il numero di componenti, o transistor, su un chip sarebbe raddoppiato ogni due anni.

Quella legge ha resistito per decenni. I chip sono diventati più veloci ed efficienti. I produttori di chip hanno ridotto le dimensioni dei chip e ne è derivata bontà. Gli elettroni in un chip miniaturizzato avevano distanze più brevi da percorrere. Quindi il chip è diventato più veloce. E le distanze più brevi significavano che il chip utilizzava meno materiale, rendendolo più economico. E così la marcia costante della legge di Moore significava che i chip potevano diventare più veloci, più economici e allo stesso tempo anche più efficienti dal punto di vista energetico.

Ma la legge di Moore dipendeva davvero da brillanti ingegneri umani che escogitassero migliori progetti di chip e una continua miniaturizzazione della produzione. Negli ultimi anni, è diventato più difficile fare questi progressi. Il design del chip si scontrava con le leggi della fisica. Con strati atomici spessi pochi atomi, non era più possibile restringersi. E così il CEO di Nvidia Jensen Huang ha recentemente affermato: “La legge di Moore è morta”.

Non è un buon tempismo, dal momento che stiamo per iniziare a costruire il metaverso. La legge di Moore è fondamentale per affrontare le insaziabili esigenze informatiche del mondo poiché l’aumento del consumo di dati e la spinta verso una maggiore intelligenza artificiale (AI) determinano la più grande accelerazione della domanda di sempre.

Una settimana dopo l’affermazione del CEO di Nvidia, il CEO di Intel Pat Gelsinger ha affermato che la legge di Moore è viva e vegeta. Non è una sorpresa dato che ha scommesso decine di miliardi di dollari su nuovi impianti di produzione di chip negli Stati Uniti. Tuttavia, i suoi ricercatori lo stanno sostenendo al Incontro internazionale sui dispositivi elettronici. Intel ha chiarito che questi progressi potrebbero durare da cinque a dieci anni.

Nei documenti dell’evento di ricerca, Intel ha descritto le scoperte per mantenere la legge di Moore sulla buona strada per un trilione di transistor su un pacchetto nel prossimo decennio. A IEDM, i ricercatori Intel stanno mostrando i progressi nella tecnologia di packaging 3D con un nuovo miglioramento della densità di 10 volte, ha affermato Paul Fischer, direttore e senior principal engineer nella ricerca sui componenti presso Intel, in una conferenza stampa.

“La nostra missione è mantenere le nostre opzioni per la tecnologia di processo ricca e completa”, ha affermato.

Questi pacchetti sono stati utilizzati in modi innovativi ultimamente; La rivale di Intel Advanced Micro Devices ha annunciato che il suo ultimo chip grafico ha un chip del processore e sei chip di memoria, tutti collegati insieme in un unico pacchetto. Intel ha affermato di collaborare con enti governativi, università, ricercatori del settore e società di apparecchiature per chip. Intel condivide i frutti della ricerca in luoghi come l’evento IEDM.

Intel ha anche svelato nuovi materiali per il ridimensionamento dei transistor 2D oltre RibbonFET, inclusi materiali ultrasottili spessi solo tre atomi. Ha inoltre descritto nuove possibilità nell’efficienza energetica e nella memoria per un’elaborazione ad alte prestazioni; e progressi per il calcolo quantistico.

“A settantacinque anni dall’invenzione del transistor, l’innovazione che guida la Legge di Moore continua a soddisfare la crescente domanda mondiale di computer”, ha dichiarato Gary Patton, Vice President of Components Research and Design Enablement di Intel, in una dichiarazione. “All’IEDM 2022, Intel presenta sia i progressi lungimiranti che quelli concreti della ricerca necessari per abbattere le barriere attuali e future, soddisfare questa insaziabile domanda e mantenere viva e vegeta la Legge di Moore per gli anni a venire”.

Il 75° compleanno del transistor

Per commemorare il 75° anniversario del transistor, Ann Kelleher, vicepresidente esecutivo di Intel e direttore generale dello sviluppo tecnologico, condurrà una sessione plenaria all’IEDM. Kelleher delineerà i percorsi da seguire per la continua innovazione del settore, radunando l’ecosistema attorno a una strategia basata sui sistemi per affrontare la crescente domanda mondiale di computer e innovare in modo più efficace per avanzare al ritmo della Legge di Moore.

La sessione “Celebrating 75 Years of the Transistor! Uno sguardo all’evoluzione dell’innovazione della legge di Moore”, si svolgerà alle 9:45 PST del 5 dicembre.

Per rendere necessari i progressi, Intel ha un approccio su più fronti di “importanza crescente e certamente una crescente influenza all’interno di Intel” per esaminare più discipline.
Intel deve andare avanti nei materiali dei chip, nelle apparecchiature per la produzione di chip, nel design e nel packaging, ha affermato Fischer.

“La tecnologia di packaging 3D sta consentendo la perfetta integrazione di chiplet” o più chip in un pacchetto, ha affermato. “Stiamo offuscando il confine tra dove finisce il silicio e inizia l’imballaggio”.

L’innovazione continua è la pietra angolare della legge di Moore. Molte delle principali pietre miliari dell’innovazione per il continuo miglioramento di potenza, prestazioni e costi negli ultimi due decenni – tra cui silicio teso, gate metallico Hi-K e FinFET – nei personal computer, nei processori grafici e nei data center sono iniziate con il Components Research Group di Intel.

Ulteriori ricerche, tra cui i transistor RibbonFET gate-all-around (GAA), la tecnologia di erogazione di potenza sul lato posteriore PowerVia e le scoperte di packaging come EMIB e Foveros Direct, sono oggi sulla tabella di marcia.

All’IEDM 2022, il Components Research Group di Intel ha affermato che sta sviluppando una nuova tecnologia di packaging 3D hybrid bonding per consentire una perfetta integrazione dei chiplet; materiali 2D super sottili per adattarsi di più
transistor su un singolo chip; e nuove possibilità in termini di efficienza energetica e memoria per un’elaborazione più performante.

Come lo farà Intel

I ricercatori hanno identificato nuovi materiali e processi che offuscano il confine tra imballaggio e silicone. Intel ha detto che prevede di passare da decine di miliardi di transistor su un chip oggi a un trilione di transistor su un pacchetto, che può contenere molti chip.

Un modo per fare progressi è attraverso l’imballaggio che può raggiungere una densità di interconnessione 10 volte aggiuntiva, portando a chip quasi monolitici. Le innovazioni dei materiali di Intel hanno inoltre individuato scelte progettuali pratiche in grado di soddisfare i requisiti del ridimensionamento dei transistor utilizzando un nuovo materiale spesso solo tre atomi, consentendo all’azienda di continuare a scalare oltre RibbonFET.

L’ultima ricerca sul legame ibrido di Intel presentata a IEDM 2022 mostra un ulteriore miglioramento di 10 volte della densità per potenza e prestazioni rispetto alla presentazione della ricerca IEDM 2021 di Intel.

Il continuo ridimensionamento del legame ibrido a un passo di tre nanometri raggiunge densità di interconnessione e larghezze di banda simili a quelle che si trovano nelle connessioni system-on-chip monolitiche. Un nanometro è un miliardesimo di metro.

Intel ha affermato che sta cercando materiali “2D” super sottili per adattare più transistor su un singolo chip. Intel ha dimostrato una struttura nanosheet impilata con gate all-around utilizzando un sottile canale 2D spesso solo tre atomi, ottenendo allo stesso tempo una commutazione quasi ideale dei transistor su una struttura a doppio gate a temperatura ambiente con bassa corrente di dispersione.

Si tratta di due scoperte chiave necessarie per impilare i transistor GAA e andare oltre i limiti fondamentali del silicio.

I ricercatori hanno anche rivelato la prima analisi completa delle topologie di contatto elettrico su materiali 2D che potrebbero aprire ulteriormente la strada a canali di transistor ad alte prestazioni e scalabili.

Per utilizzare l’area del chip in modo più efficace, Intel ridefinisce il ridimensionamento sviluppando una memoria che può essere posizionata verticalmente sopra i transistor. Per la prima volta nel settore, Intel presenta condensatori ferroelettrici impilati che corrispondono alle prestazioni dei condensatori trench ferroelettrici convenzionali e possono essere utilizzati per costruire FeRAM su un die logico.

Un primo modello a livello di dispositivo del settore cattura fasi miste e difetti per dispositivi hafnia ferroelettrici migliorati, segnando progressi significativi per Intel nel supportare gli strumenti del settore per sviluppare nuove memorie e transistor ferroelettrici.

Portando il mondo un passo più vicino alla transizione oltre il 5G e risolvendo le sfide dell’efficienza energetica, Intel sta costruendo un percorso praticabile verso wafer di GaN su silicio da 300 millimetri. Le scoperte di Intel in quest’area dimostrano un guadagno di 20 volte rispetto al GaN standard del settore e stabiliscono una cifra di merito record del settore per l’erogazione di potenza ad alte prestazioni.

Intel sta compiendo progressi nel campo delle tecnologie super efficienti dal punto di vista energetico, in particolare transistor che non dimenticano, conservando i dati anche quando l’alimentazione è spenta.I ricercatori Intel hanno già infranto due delle tre barriere che impediscono alla tecnologia di essere pienamente praticabile e operativa in sala temperatura.

Intel continua a introdurre nuovi concetti in fisica con progressi nella fornitura di qubit migliori per il calcolo quantistico. I ricercatori Intel lavorano per trovare modi migliori per archiviare le informazioni quantistiche raccogliendo una migliore comprensione di vari difetti di interfaccia che potrebbero agire come disturbi ambientali che influenzano i dati quantistici.