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I processi produttivi? Sono solo un numero

AMD commercializza processori prodotti a 7 nanometri, Intel realizza CPU a 14 nanometri e inizia a passare ai 10 nanometri e c’è chi sta lavorando su chip a 3 nanometri. Tanti bei numeri, ma dietro cui si cela spesso e volentieri un dibattito sterile e superficiale.

Nel 2017 l’allora Intel Senior Fellow Mike Bohr accusò le altre realtà produttive di giocare con i nomi dei processi senza proporre i miglioramenti previsti. “Avanzano con il nome dei processi, persino quando non c’è un aumento della densità o è minimo. Il risultato è che i nomi dei processi sono diventati un indicatore poco attendibile del loro posizionamento nella curva della Legge di Moore“.

Wafer di microprocessori.

L’assenza di uno standard industriale per definire il processo produttivo lascia in effetti spazio all’onnipresente marketing d’intrufolarsi nelle pieghe di un discorso ingegneristico davvero complesso.

L’affermazione di Bohr poteva e può sembrare quella di un’azienda che ha vissuto negli ultimi anni qualche grattacapo di troppo nell’avanzare di processo produttivo, e sebbene le difficoltà di Intel siano conclamate, a dare manforte alla sua posizione non è nient’altro che TSMC.

TSMC è il produttore di semiconduttori a contratto più grande al mondo, l’azienda che realizza le CPU di AMD e le GPU di Nvidia, quindi è una componente fondamentale dei successi di concorrenti di Intel. Secondo il Dr. Philip Wong, vicepresidente della ricerca e sviluppo di TSMC, l’attuale schema di nomi dei processi ha poco a che fare con ciò che c’è sui wafer, ma si tratta “solo di numeri… come BMW serie 5 o Mazda 6”.

Nel suo intervento alla conferenza Hot Chips 31 ad agosto, Wong ha sottolineato che nonostante storicamente i nomi dei processi abbiano avuto una certa rilevanza nel descrivere le caratteristiche del silicio incise sul wafer, i nomi attuali sono privi di significato. Perciò quando si parla di 7, 5 o 3 nanometri non si sta più parlando di lunghezza del gate dei transistor, ma in una certa misura si stanno usando semplicemente dei nomi commerciali.

“Un tempo il processo tecnologico, il numero del processo, significava qualcosa, indicava alcune caratteristiche sul wafer. Oggi questi numeri sono solo numeri. Sono come i modelli in un’auto – è come BMW serie 5 o Mazda 6. Non importa quale sia il numero, è solo una destinazione della prossima tecnologia, un nome per definirla. Perciò non confondiamo il nome del processo con ciò che la tecnologia offre realmente”.

Nello stesso intervento Wong ha anche parlato di Legge di Moore, un altro elemento di grande dibattito nella comunità degli appassionati e nella stessa industria. “Il numero di transistor raddoppia ogni 18/24 mesi”, affermava Moore. Tesi che per molti anni è stata piegata per parlare, genericamente, di raddoppio prestazionale.

Per decenni la “legge” del cofondatore di Intel Gordon Moore si è confermata nei fatti, ma negli ultimi anni, vuoi per l’avvicinarsi ai limiti fisici di alcuni materiali, vuoi per i costi esorbitanti legati ai processi produttivi, non si è proprio riusciti a seguirla alla lettera, tanto che la Semiconductor Industry Association (SIA) ne ha decretato la morte nel 2016.

Intel da sempre va controcorrente e ritiene di poterne confermare la veridicità anche in futuro, ma anche TSMC sembra della stessa opinione. “Vorrei affermare, senza alcun dubbio, che la Legge di Moore è in salute e viva. Non è morta, non sta rallentando, non è nemmeno malata. È decisamente viva”.

“Se pensate alla Legge di Moore, si tratta in realtà della densità dei dispositivi… il costo diminuisce con l’aumentare del numero di componenti in ciascuna generazione. E questo è reso possibile aumentando la densità del dispositivo di generazione in generazione”. Per Wong il continuo aumento della densità sarà la forza trainante che permetterà alla “legge” di continuare a vivere.

“La densità è importante perché molte cose derivano dalla densità giusto? Velocità, efficienza energetica, efficienza di calcolo, tutte cose che possiamo in qualche modo associare alla Legge di Moore. E così spesso accade che confondiamo questi altri attributi che ci piacerebbe avere – efficienza energetica, efficienza di calcolo, velocità e così via – con la Legge di Moore”.

“Perciò il fatto che la frequenza del processore abbia raggiunto un picco non significa che la legge sia morta. La densità continua a crescere, come il dottor Moore ha predetto molto, molti anni fa”.

L’ingegnere di TSMC concede ai sostenitori della morte della Legge di Moore un’apertura di credito. Parlando del FinFET, l’attuale tecnologia alla base dei transistor 3D, Wong indica la pinna (fin) come elemento di dibattito. “La pinna è cerca a 10 nanometri, poco meno dei 10 nanometri e se usate un microscopio elettronico a trasmissione ad altissima risoluzione potete vedere davvero i singoli atomi. Potete contarli. Avete ancora bisogno di entrambe le mani e forse le dita dei piedi per contare il numero di atomi in una pinna, ma non molto di più”.

“Perciò se si segue il ridimensionamento bidimensionale del dispositivo – un’opzione davvero potente che abbiamo nel creare nuovi transistor, nel fornire densità – se passate solo dal ridimensionamento bidimensionale vedrete rapidamente che abbiamo un numero limitato di atomi e molto presto finiranno. D’altra parte, questa potente opzione che abbiamo usato non è l’unica a nostra disposizione”.

Nuovi materiali (ad esempio i nanotubi di carbonio, usati dal MIT per realizzare un chip), tecnologie di packaging differenti e altri progressi, continueranno a spingere l’evoluzione della Legge di Moore secondo Wong, come in passato. D’altronde la Legge di Moore è sempre stata sostenuta da nuove tecniche e materiali scoperti e incorporati nella produzione. “Andando avanti ciò che ci aspettiamo di vedere sono più innovazioni in quelle direzioni, che forniranno, processo dopo processo, continui vantaggi”, ha aggiunto Wong.

Un processore per giocare bene per i prossimi 3/4 anni? Ryzen 5 3600, la soluzione più interessante della gamma di AMD.