Intel RibbonFET, la rivoluzione dei transistor per CPU e GPU

Sicuramente la stragrande maggioranza di voi non si rende conto del fatto che siamo sull'orlo di un bivio per quanto CPU ed GPU riguardano. Non c'è molto margine, non c'è molto tempo e quello che rimane si sta esaurendo. È necessario un cambiamento in un componente fondamentale come il concetto stesso di calcolo: nel transistor. Intel ha la sua visione del problema e una soluzione: questa sarà la Intel Ribbon FET.

Intel Ribbon FET

Per capire la soluzione, dobbiamo prima essere consapevoli del problema, capirlo e sapere quali sono i limiti che ci segneranno, quindi in questo caso inizieremo da lì, con i problemi dei transistor di oggi. Un transistor è la più piccola unità elettrica che può essere prodotta per un componente elettronico, un elemento elettrico in quanto tale che è fatto di semiconduttori e registrato da scanner incredibilmente avanzati che utilizzano una lunghezza d'onda sugli specchi.

Si tratta sostanzialmente di un interruttore interconnesso tra decine di strati di silicio (come regola generale) di dimensioni molto ridotte e che ha una funzione estremamente chiara: alterare il flusso di corrente che lo attraversa, cedendolo o tagliandolo. Ogni taglio o passo rappresenta uno zero o uno in binario e con il passare del tempo ciò che si è ottenuto è migliorarlo consentendo più velocità nel cambio di stato, più o meno energia per detto cambio e più o meno efficienza quando lasciata il passaggio corrente.

Ci stiamo avvicinando al limite della tecnologia dei transistor

Come abbiamo già pensato, ogni transistor ha una serie di design che variano a seconda del produttore. Intel ha la sua visione, TSMC lo stesso e Samsung più o meno lo stesso, quindi sebbene tutti siano più o meno copiati nei progressi, l'implementazione e i miglioramenti sono diversi.

Un decennio fa Intel ha introdotto il transistor FinFET, che è stato scelto da tutti i produttori, ma quel design sta per finire per diversi motivi. Con questo tipo di transistor abbiamo avuto un design flessibile dello stesso, normalmente largo, dove più porte lo attraversavano, consentendo ai produttori di controllare meglio la gestione dell'energia, la saldatura e i materiali di costruzione, oltre a continuare a ridurne le dimensioni in nanometri.

Il problema principale che abbiamo è semplice: non può essere ridotto molto di più di dimensioni, poiché abbiamo uno spazio longitudinale limitato e le porte di ogni transistor non possono più unirsi senza perdere elettroni. A questo va aggiunto che la distanza tra loro è talmente minuscola che saldatura e interconnessione richiedono nuovi materiali e leghe tremendamente costosi, alcuni ancora sperimentali, che garantiscano il passaggio dell'energia e non facciano scattare il prezzo.

Qual'è la soluzione? Un nuovo tipo di transistor che consente non solo più strati di pilotare la corrente, migliorare il controllo, la saldatura e l'efficienza, ma anche ridurre la distanza tra i transistor e gli Angstrom (unità di misura molecolare e atomica).

RibbonFET, la soluzione Intel al nuovo limite della litografia

Se non puoi continuare a ridurre lo spazio e controllare tutti i parametri senza innescare il costo, non resta che indagare su un nuovo percorso. Questo nuovo percorso sotto forma di una nuova architettura per il transistor è chiamato GAA o noto anche come Gate-All-Around. Da qui il concetto si divide in tre aspetti o addirittura 4 (non è del tutto chiaro):

  • TSMC GAAFET .
  • Samsung MBCFET .
  • Intel nastroFET .
  • Global Foundries è in un limbo di voci, ma niente di concreto.

Che succede qui? Bene, come è successo con FinFET, GAA avrà diverse varianti tutte basate sullo stesso concetto di transistor. Abbiamo già parlato di Samsung MBCFET, GAAFET non è stato ancora esposto come tale anche se arriverà con i 2 nm dell'azienda, quindi dopo la presentazione di Intel nel suo Architecture Day 2021 e dopo aver svelato qualche dettaglio in più, andremo a conoscere la scommessa del gigante blu: RibbonFET.

Transistor Intel-Nanoribbon

Il concetto è semplice, ma difficile da implementare. Prendono un transistor di larghezza flessibile che si ridurrà ad ogni salto litografico e che consente a diversi strati, ora chiamati nanosheet, fogli asciutti o alette dall'industria, di essere collegati verticalmente sul transistor anziché orizzontalmente. Cosa si ottiene? Bene, prima di tutto, ridurre notevolmente la larghezza del transistor, consentire più nanosheet su una superficie più piccola e, soprattutto, un unico Gate che controllerà tutta l'energia della cella.

L'elettrostatica è migliorata enormemente come Intel ha mostrato nella sua presentazione ufficiale, dove dobbiamo solo vedere le dimensioni del Pitch Gate e del Gate Stack. va da da 6 nm x 50 nm a 12 nm x 7 nm e con più nanofogli di controllo e meglio saldati.

Un design a nanofogli variabili in base alle esigenze del transistor

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A quanto pare e come abbiamo visto in vari documenti da quando Intel ha parlato di questo nuovo tipo di transistor, sembra che il gigante blu possa raccogliere un numero variabile di nanofogli per transistor.

Questo dettaglio è importante, poiché Intel riduce la litografia basata su scanner EUV migliori, sarà in grado di mantenere lo stesso numero o rimuovere quelli necessari per ottimizzare ciascun Gate. I documenti mostrano da 2 a 5, ma nell'ultimo datasheet il numero tondo sembra essere 4. Più pinne/nanosheet richiedono più passaggi per creare il transistor, quindi aumenta il costo di ogni chip, quindi forse Intel inizierà con un numero mezzo di essi fino ad aver migliorato l'incisione e il controllo della produzione, materiali e saldature che consentono di eliminare un numero determinato di nanosheet e di ridurre i costi senza compromettere la stabilità, la velocità o l'efficienza dei transistor.

Questo dipenderà logicamente dall'altezza del Gate e con esso dal numero di Fogli che possiamo installare al suo interno, poiché ora invece di essere circondati da tre siti come è successo in FinFET, ogni estremità è totalmente circondata dal Gate, il che significa uno lato è ottimale, ma l'altro rende difficile ridurre l'altezza tra i fogli.

Quando verrà implementato Intel RibbonFET nei suoi chip? Secondo la stessa società nel 2024, sicuramente entro la fine di quello stesso anno se tutto andrà bene, anche se se fosse filato liscio potremmo vederlo entro la metà di quello stesso anno. In ogni caso, sarà il suo processo litografico 20A che lo include e competerà con GAAFET di TSMC e MBCFET di Samsung . Intel è così sicura che farà la differenza che ha già dichiarato che guiderà nuovamente l'industria dei semiconduttori e la sua tecnologia nel 2025 – senza dubbio una dichiarazione di intenti.