In questa "era delle informazioni" c'è la necessità di prendere una mole sempre più grande di dati per combinarli, elaborarli e ottenere risultati utili. È necessario un miglioramento continuo dei microprocessori, che però faticano a tenere il passo con i compiti sempre più complessi a cui sono sottoposti.
Per questo i ricercatori della Stanford University e del MIT hanno unito le loro forze per realizzare un nuovo chip capace di superare questa sfida. I risultati di questo impegno sono stati pubblicati su Nature dal capo della ricerca Max Shulaker, assistente professore di ingegneria elettronica e informatica del MIT.
L'obiettivo era cambiare l'attuale architettura dei computer, dove chip separati come CPU e memoria DRAM si scambiano dati di continuo tramite connessioni limitate che, a fronte della mole di lavoro sempre maggiore, rappresentano un importante collo di bottiglia. Dato che le tecnologie che vanno per la maggiore, come i transistor al silicio, stanno iniziando a raggiungere limiti difficilmente aggirabili, i ricercatori hanno realizzato un prototipo formato da nanotubi di carbonio e celle di memoria RRAM (resistive random-access memory), un tipo di memoria non volatile che funziona cambiando la resistenza di un materiale dielettrico solido.
I ricercatori hanno integrato oltre 1 milione di celle RRAM e 2 milioni di transistor a effetto campo (FET) fatti di nanotubi di carbonio in un unico chip, creando il sistema nanoelettrico più complesso mai realizzato con nanotecnologie emergenti.
La RRAM e nanotubi di carbonio sono inoltre stati costruiti verticalmente, uno sopra l'altro, dando vita a una nuova architettura di calcolo 3D densa con strati di logica e memoria. L'integrazione di fili ultradensi tra questi layer permette a questa architettura 3D di eliminare il collo di bottiglia nello scambio di dati, dato la vicinanza dei componenti coinvolti.
L'uso dei nanotubi di carbonio è obbligato, secondo Max Shulaker. "I circuiti odierni sono 2D, dato che costruire i transistor in silicio tradizionali coinvolgono temperature estremamente alte oltre 1000 °C", ha affermato Shulaker. "Se poi vi costruite sopra un secondo strato di circuiti al silicio, quella temperatura elevata danneggerà il layer sottostante".
Circuiti ai nanotubi di carbonio e memoria RRAM possono essere fabbricati a temperature molto inferiori, sotto i 200 °C. Questo significa che possono essere costruiti in strati senza danneggiare i circuiti sottostanti, e con diversi altri benefici. "I dispositivi sono migliori: la logica ai nanotubi di carbonio può essere di un ordine di grandezza più efficiente sul fronte energetico rispetto all'attuale logica al silicio, e similmente, la RRAM può essere più densa, veloce ed energeticamente efficiente rispetto alla DRAM". L'integrazione 3D permette al chip di memorizzare enormi quantità di dati e di svolgerne l'elaborazione al suo interno, trasformando i dati in informazioni utili.
"Uno dei grandi vantaggi della nostra dimostrazione è che è compatibile con l'attuale infrastruttura al silicio, sia in termini di fabbricazione che di progettazione. Questa tecnologia potrebbe non solo migliorare il computing tradizionale, ma aprire a un'intera nuova gamma di applicazioni". Il quando, però, resta un mistero.
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