Con i transistor universali CPU più potenti e consumi in calo

Un gruppo di ricercatori tedeschi, guidati da Walter M. Weber, ha sviluppato un tipo di transistor che è sia ti tipo N sia di tipo P.  Questi transistor sono in grado di fare più operazioni logiche, quindi grandi insiemi di transistori - come quelli delle CPU - potrebbero fare di più con meno elementi.

La base di questa ricerca è il transistor a effetto di campo (FET, Field Effect Transistor), che funziona grazie alla giunzione p-n. Source e Gate sono semiconduttori di tipo p, mentre il drain è un semiconduttore di tipo n, o viceversa. In estrema sintesi, l'applicazione di tensione al gate serve per controllare il passaggio di segnale (corrente o lacune) tra Source e Drain.

Il transistori riconfigurabile

C'è una distinzione generale che è oggetto di questa ricerca: il canale di trasmissione - drain - può essere un semiconduttore drogato di tipo p o di tipo n. Abbiamo quindi transistor FET di tipo n e di tipo p: nei primi l'applicazione di tensione al gate permette il passaggio di cariche elettriche, mentre nel secondo il funzionamento si basa sulle lacune elettriche (per approfondire la teoria dei transistor, vedi Wikipedia).

Il tipo di transitor, p o n, determina la sua capacità di svolgere funzioni logiche, e un'architettura complessa (CPU, GPU, microchip in genere) richiede entrambi i tipi di FET per svolgere le funzioni richieste.

Qui entra in gioco la ricerca di Weber e dei suoi colleghi. "Abbiamo usato dei nanofili sintetici per creare un prototipo dimostrativo", che però si può realizzare. Il transistor è costituito da un singolo nanofilo costruito con una struttura semiconduttore-metallo in un involucro di diossido di silicio. Ci sono tanto elettroni quanto lacune, che scorrono dal source a un'estremità del filo al drain (all'altra estremità), attraverso due diversi gate.

Questo prototipo è quindi un transistor filiforme con doppio gate. Uno dei due gate serve ad attivare il flusso di elettroni o di lacune, mentre il secondo a controllare il flusso stesso agendo sulla conduttanza del nanofilo. Anche per i meno esperti la differenza dovrebbe saltare all'occhio. Con i transistor tradizionali bisogna scegliere tra tipo n e tipo p in fase di fabbricazione, e poi non si può più cambiare. Con questo modello invece si possono avere entrambi i tipi, da usare a seconda delle necessità in ogni momento.

Dato che a ogni tipo di transistor corrispondono capacità logiche differenti, si può quindi intuire che con questa tecnica sarebbe possibile fare di più con lo stesso numero di transistor, oppure ridurre il numero di transistori necessari. Se per esempio oggi una CPU ha 1 miliardo di transistor, domani potrebbe offrire la stessa potenza con 500 milioni, o il doppio della potenza con gli stessi transistor.

Naturalmente questa ricerca non è pronta ad applicazioni pratiche, ma le premesse sono molto stimolanti. "Stiamo variando le combinazioni dei materiali per migliorare le prestazioni. Si stanno costruendo i primi circuiti […]. La sfida più grande sarà inserire segnali extra per i gate in modo da creare interconnessioni con gli altri transistor".