Intel Ivy Bridge e i transistor 3D

Gli apparecchi elettronici e i dispositivi che siamo abituati a utilizzare tutti i giorni si basano sull'introduzione di un elemento fondamentale, il transistor. L'invenzione, che ha visto la luce circa 50 anni fa, ha permesso la realizzazione di controller, chip e processori che oggi gestiscono e fanno funzionare praticamente qualsiasi cosa, dalla TV allo Smartphone che teniamo tra le mani quotidianamente.
Con l'annuncio odierno, Intel si prepara a innovare in modo radicale i sistemi elettronici, con una evoluzione che potrebbe avere ripercussioni, in ambito progettuale e di mercato, paragonabili a quelle dell'introduzione dei transistor convenzionali. Da allora, questo minuscolo componente è stato integrato in numerose unità  e viene utilizzato come elemento di partenza per la realizzazione di architetture e circuiti molto complessi.
Ivy Bridge costituisce una passaggio "TICK" nella catena produttiva Intel, di fatto la piattaforma Sandy Bridge verrà  realizzata con processo costruttivo a 22 nm.

Intel avvierà  la produzione dei nuovi transistor 3D, o tri-gate, secondo il processo di integrazione a 22 nanometri. Il primo dispositivo a beneficiare di questa nuova tecnologia sarà  Ivy Bridge, nome in codice dei futuri processori Intel.

[tit:Parola d'ordine: riduzione]Questo annuncio segue anni di costanti miglioramenti e fa seguito alla continua ricerca nel settore della produzione dei componenti. Si può affermare che la tecnologia 3D a 22 nm è frutto di oltre 60 anni di riduzione delle dimensioni dei transistor.
Dal 1947 a oggi si è continuamente lavorato per ridurre i consumi e le dimensioni, a favore di maggiori prestazioni e stabilità  operativa. L'innovazione che ha portato ai transistor tri-gate consente la gestione del flusso di corrente su tre lati del canale, anzichà© da uno solo, come avviene per le diffuse varianti planari.
Il vantaggio immediato che si può trarre da un sistema di controllo così puntuale riguarda la maggiore efficienza operativa, grazie alla ottimizzazione del flusso di corrente. Questo porta a prestazioni migliori, quando il dispositivo è attivo (ON) e a una minore dispersione termica quando è inattivo (OFF).  
Nel dettaglio, la roadmap delle principali innovazioni a livello costruttivo introdotte da Intel negli ultimi anni.

Dal 1947, quando William Shockley, John Bardeen e Walter Brattain realizzarono il primo transistor presso i Bell Labs, sono passato molti anni, attraverso i quali questa invenzione ha subito continue modifiche, studi e miglioramenti.
Nel 1954 il mercato accoglie la prima radio a transistor, mentre nel 1961 viene sancito il primo brevetto per un circuito integrato, indispensabile per il funzionamento di transistor in apparecchi di piccole dimensioni.
Nel 1969, Intel sviluppa il transistor con gate in silicio PMOS e nel 1971, con il processore 4004 si intravedono le potenzialità  della struttura a transistor. Questa CPU contiene 2.250 unità  ed è basata sulla tecnologia PMOS a 10 micron.
Il 1985 è un'annata storica, che vede l'introduzione dell'Intel 386, contenente 275.00 transistor e realizzato a 1,5 micron. Per venire ad anni più recenti, con l'introduzione del processo costruttivo a 90 nm e transistor a prestazioni elevate, con silicio strained, interconnessioni in rame e materiale dielettrico a bassa costante K. Per la propria famiglia di CPU Intel Core 2 Duo/Quad e Xeon, nel 2007 Intel annuncia transistor costruiti a 45 nm con gate metallici ad alta costante K.  

Come possiamo vedere, la continua rincorsa alla riduzione dei processi costruttivi ha portato a dispositivi ogni volta sempre più potenti, ma al contempo, meno esigenti in termini di consumo e caratterizzati da costi di produzione proporzionalmente inferiori alla generazione precedente.

[tit:Transistor tri-gate]I transistor tri-gate permettono un approccio completamente nuovo rispetto ai transistor di tipo planare. Questi apparati sono costruiti a 22 nm e, secondo Intel, garantiscono fino al 37% in più di prestazioni a bassa tensione, rispetto ai transistor tradizionali a 32 nm, attualmente integrati in molte soluzioni del produttore. Paragonando invece i due dispositivi sotto il piano dell'efficienza energetica, a parità  di prestazioni, le nuove unità  dovrebbero garantire consumi dimezzati.
Il grafico mostra l'andamento dei tempi di risposta dei nuovi transistor (linea blu), rispetto agli attuali (linea nera), e a una variante a 22 nm, ma ancora di tipo planare (linea grigia).

Appaiono immediatamente evidenti i vantaggi di un simile "balzo costruttivo", che consentirà  di integrare i nuovi chip con transistor 3D in ogni tipo di device mobile, migliorando l'autonomia generale e le prestazioni offerte all'utente.  
La possibilità  di operare a tensioni inferiori rispetto alle precedenti generazioni consente di ridurre la dispersione di energia elettrica. Si potranno dunque sfruttare transistor a basso consumo o a prestazioni elevate, in funzione del progetto e dell'applicazione che si sta sviluppando. Secondo Intel, le prestazioni dei sistemi tri-gate dovrebbero essere superiori a quelle che si possono riscontrare nei prodotti con tecnologia di integrazione successiva a quella attuale.  
I transistor tri-gate possono operare a tensioni inferiori, garantendo consumi più bassi rispetto alle generazioni precedenti.


[tit:Vantaggi e disponibilità ]Grazie alle maggiori velocità  di switching e ai consumi inferiori si potranno realizzare i chip dei prossimi anni, destinati ai segmenti server, desktop, notebook e smartphone/tablet.
I nuovi transistor consentiranno un notevole "salto in avanti" che garantirà  il mantenimento delle aspettative di crescita secondo la Legge di Moore. Questo modello prevede un raddoppiamento della densità  dei transistor ogni due anni circa e costituisce un elemento fondamentale nel business del mercato relativo ai semiconduttori da più di 40 anni.
Ad oggi, i transistor tri-gate 3D consentono di "aggiornare" e rendere più attuale l'invenzione del transistor. L'uso del convenzionale gate planare "piatto" viene abolito in favore di una sottilissima aletta di silicio che viene posta verticalmente rispetto al substrato di silicio.
Durante il funzionamento, il controllo del flusso di corrente si ottiene utilizzando un gate per ciascuno dei tre lati dell'aletta. Questo tipo di costruzione consente di raggiungere tempi di commutazione ridottissimi e di incrementare le prestazioni dei dispositivi che utilizzano i transistor tri-gate.  
Lo schema riassume la struttura dei transitor tri-gate.

Per la costruzione dei microprocessori Ivy Bridge verrà  utilizzata la tecnologia a transistor 3D con processo costruttivo a 22 nm. Questi chip rappresentano la prima declinazione di questa tecnologia e dovrebbero essere disponibili per la produzione in grandi quantità  entro la fine di questo anno.
Intel prevede inoltre di offrire prodotti di classe Atom sempre più integrati, grazie alla nuova architettura appena presentata. Secondo gli intenti del produttore sarà  possibile coniugare maggiori prestazioni e consumi ancora più contenuti soprattutto nel mercato tablet, PDA e netbook, dove l'autonomia è un parametro fondamentale di valutazione.