IBM ha annunciato uno dei progressi più importanti degli ultimi anni nel settore dei semiconduttori, svelando la prima tecnologia chip al mondo sotto il nanometro. Il nuovo design, sviluppato attorno a un nodo produttivo da 0,7 nm (equivalenti a 7 angstrom), è un tentativo concreto di prolungare la legge di Moore in un momento in cui l’industria si sta avvicinando ai limiti fisici della miniaturizzazione tradizionale.

Il risultato ottenuto dai laboratori IBM è impressionante sotto diversi aspetti. Il nuovo chip riesce infatti a integrare quasi 100 miliardi di transistor in una superficie paragonabile a quella di un’unghia, raggiungendo una densità praticamente doppia rispetto al processore a 2 nm che l’azienda aveva mostrato nel 2021. Numeri che fotografano bene la portata del traguardo tecnologico raggiunto.

La vera novità, però, non riguarda soltanto le dimensioni. IBM sostiene infatti di aver completamente ripensato l’architettura del transistor introducendo una nuova struttura tridimensionale chiamata Nanostack. È qui che si gioca la parte più interessante dell’annuncio, perché il settore dei semiconduttori sta attraversando una fase in cui ridurre ulteriormente le dimensioni dei transistor con gli approcci convenzionali sta diventando sempre più complesso, costoso e inefficiente.

Negli ultimi anni, l’industria ha già abbandonato le architetture planari tradizionali passando prima ai FinFET e poi ai transistor nanosheet, adottati nelle tecnologie più avanzate. IBM ora prova a fare un ulteriore salto introducendo una logica di integrazione verticale molto più aggressiva. L’architettura Nanostack sovrappone infatti più strati di transistor in configurazione tridimensionale sfruttando tecniche di integrazione sequenziale 3D. In pratica, invece di limitarsi a comprimere i componenti sul piano orizzontale del wafer, IBM li distribuisce anche verticalmente, aumentando drasticamente la densità computazionale disponibile.

Questa soluzione offre vantaggi enormi. Prima di tutto consente di inserire molti più transistor nello stesso spazio fisico e inoltre permette di utilizzare materiali differenti nei vari livelli della struttura, ottimizzando separatamente prestazioni, dissipazione energetica e comportamento elettrico dei singoli strati. È un cambiamento concettuale importante perché la sfida dei semiconduttori moderni riguarda anche la gestione dell’energia, del calore e della complessità elettrica a scale prossime a quelle atomiche.

IBM sostiene che il nuovo nodo da 0,7 nm possa offrire fino al 50% di prestazioni in più oppure un’efficienza energetica superiore del 70% rispetto agli attuali chip a 2 nm. Se questi numeri dovessero tradursi concretamente nei futuri prodotti commerciali, l’impatto sull’industria sarebbe enorme.

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Le applicazioni più immediate riguardano ovviamente l’intelligenza artificiale. I modelli AI generativi stanno aumentando in modo vertiginoso la domanda di potenza computazionale, mettendo sotto pressione data center, consumi energetici e infrastrutture cloud. Incrementare la densità di calcolo riducendo contemporaneamente il fabbisogno energetico è diventata una priorità assoluta per tutto il settore.

Non a caso IBM cita esplicitamente AI generativa, cloud computing e infrastrutture ad alte prestazioni tra gli scenari principali per questa tecnologia. Un chip del genere potrebbe consentire di addestrare modelli più grandi, accelerare l’inferenza e ridurre sensibilmente il costo energetico delle operazioni AI.

C’è poi un aspetto ancora più rilevante e riguarda la memoria SRAM. IBM ha infatti mostrato dati secondo cui la nuova architettura consentirebbe una riduzione del 40% nell’area occupata dalla SRAM, elemento fondamentale per cache e sistemi ad alta banda passante. Un dettaglio cruciale se pensiamo che proprio memoria e bandwidth stanno diventando il collo di bottiglia principale dei carichi AI moderni.

Per ottenere questo risultato, serviranno però strumenti produttivi completamente nuovi. IBM sta lavorando insieme a partner come ASML, Lam Research, Tokyo Electron e SCREEN Semiconductor Solutions allo sviluppo delle future linee High-NA EUV, la nuova generazione di litografia ultravioletta estrema ad altissima apertura numerica.

Queste macchine rappresentano probabilmente il tassello più importante dell’intera evoluzione dei chip avanzati. Consentono infatti di incidere circuiti sempre più minuscoli con una precisione estrema, requisito fondamentale quando si lavora a scale atomiche. Il lavoro viene svolto presso il centro di ricerca di Albany, nello stato di New York, uno dei poli più avanzati al mondo per la sperimentazione sui semiconduttori. È qui che IBM continua a mantenere un ruolo centrale nella ricerca di frontiera, nonostante l’azienda non produca direttamente chip consumer come fanno TSMC, Intel o Samsung.

Ed è forse proprio questo il punto più interessante dell’intera vicenda. IBM, oggi molto meno visibile nel mercato hardware rispetto a vent’anni fa, continua a esercitare un’influenza enorme sulla direzione tecnologica dell’industria dei semiconduttori, tanto che molte delle innovazioni che finiscono nei processi produttivi dei grandi player globali nascono ancora nei suoi laboratori.