Rubrica IEEE-News

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Rivista Computer IEEE, maggio 2009
(Institute of Electrical and Electronical Engineering)

Sezione: tecnologie elettriche ed elettroniche

IEEE news maggio 2009-05-19, speciale Federico Faggin (laureato in Fisica nel 1965, ha lavorato alla SGS di Agrate Brianza e all'Olivetti, poi all'Intel dove ha progettato, con due Americani, nel 1971, il primo microprocessore, il 4004 a 4 bit. Per questa ricerca merita e forse riceverà il premio Nobel per la Fisica.


Dalla microelettronica alla nano elettronica
Mondo Digitale n.1, 2009, Federico Faggin
(libero riassunto nostro)

L'elettronica ha compiuto 100 anni: 100 anni di successi e di prodigi. Nel 1907 nasce il triodo, antesignano del transistor, un tubo a vuoto (o valvola) capace di amplificare un segnale, per esempio in una radio o in un impianto sonoro.
Durante la seconda guerra mondiale le valvole sono applicate ai radar e nasce, per esigenze di calcoli balistici e per decrittare i messaggi segreti tedeschi, il calcolatore a valvole Colossus (1944 Inghilterra) e l'ENIAC (1946) , il primo calcolatore completamente elettronico.
La distanza fra la griglia del triodo e gli altri due elettrodi è troppo grande per operare con le microonde (oltre i 100 MHz). Le microonde sono indispensabili per radar, radio e TV. Le ricerche durante la seconda guerra mondiale per i radar che bucassero le nuvole hanno portato uno scienziato Francese alla Telefunken tedesca allo sviluppo del transistor che sostituisce il triodo. Ufficialmente si pensa che sia stato inventato dagli Americani ai laboratori Bell nel 1947, ma, ovviamente non è vero: negli USA e in Giappone, va detto tuttavia, il transistor è diventato un prodotto di largo consumo.
I primi transistor sono al germanio con due giunzioni a baffo di gatto e costruiti uno alla volta. Nel 1959 alla Fairchild viene introdotta la tecnologia planare al silicio, i transistor sono realizzati 100 alla volta e il germanio (più delicato: sopporta solo 75 gradi Celsius, il silicio 150) rimane quasi solo nei rivelatori di radioattività alla temperatura dell'azoto liquido.
La tappa successiva è l'introduzione del transistor MOS (metallo-ossido-semiconduttore) nei circuiti integrati: prima a canale P (drogante positivo), poi N (drogante negativo) tre volte più veloce, infine CMOS, a bassissimo consumo perché dei due canali complementari uno assorbe sempre pochissima corrente. I MOSFET (transistor a effetto di campo MOS) aprono le porte alle memorie allo stato solido senza parti in movimento e ai microprocessori.
Nel 1965 Gordon Moore, uno dei due fondatori di Intel, formula la sua famosa legge empirica: ogni 18 mesi raddoppia, a parità di costo, il numero di transistor per circuito integrato. La legge di Moore finora ha tenuto: non per i microprocessori, ma per le memorie. Il limite fisico è ancora lontano da raggiungere e dunque la micro, nano elettronica ha un futuro davanti. Restano i limiti economici: non basta produrre bisogna anche vendere; tuttavia la popolazione mondiale per adesso continua a crescere e molti hanno più chiavette USB e più di un telefonino. Nel 1970 la memoria RAM era statica ed aveva al massimo 256 bit, oggi 64 Mbit. Le memorie flash delle chiavette arrivano già a 64 GB con tempo di accesso di meno di 50 nano secondi. Ogni singolo chip memorizza 8 G bit.
Il primo microprocessore, cioè un unico integrato in grado di realizzare una CPU (Central Processing Unit, il cervello del computer), l'Intel 4004 del 1971, era a 4 bit, conteneva 2300 transistor in 12 millimetri quadrati, eseguiva 100000 istruzioni al secondo e aveva 16 piedini.
Oggi il più avanzato microprocessore Intel, lo Xeon, ha 6 CPU in un chip, e contiene 2 miliardi di transistor.
Se un'automobile avesse fatto gli stessi progressi in 40 anni oggi costerebbe 1000 lire, farebbe 1000 chilometri con un litro e andrebbe a 1000 all'ora!
Federico Faggin si domanda: fino a quando sarà possibile continuare con la crescita esponenziale dell'elettronica? Con la miniaturizzazione di oggi (circuiti integrati con lavorazione profonda 10 nano metri) compare l'effetto tunnel (diventa sempre più probabile per l'elettrone attraversare come in una galleria la giunzione PN) e il transistor diventerà inservibile. La risposta è la nano elettronica: nuovi materiali, operazioni a livello di 100 atomi e microscopio elettronico. Abbiamo già parlato in questa rubrica del memristore e delle sue promesse. L'elettronica è fantasiosa e saprà inventare qualcosa di nuovo.

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