Il futuro dei processori
Attualmente la tecnologia in uso nella produzione dei processori si
attesta a 0.13 micron e per fine anno è previsto l'arrivo alla soglia di 90
nanometri. Questa
rincorsa alla miniaturizzazione continua da anni e questo perché più
il transistor è piccolo più può cambiare velocemente il
suo stato e quindi si possono alzare le frequenze operative. Intel è
intenzionata ad utilizzare per la prima volta questo processo produttivo con
Prescott ,un nuovo processore. Ora vediamo in modo abbastanza semplice come
funzionano le attuali tecnologie e poi quali sono le prospettive future. Non
si può che iniziare dal Cmos (Complementary Mos) che utilizza due transistor
il Negative Mos ed il Positive Mos i quali combinati permettono la creazione
di un semplice circuito logico e cioé l'inverter. A sua volta ogni transistor
Mos consiste in tre parti: il gate (che serve a regolare il
transistor) , il source ed il drain. Questi vengono ottenuti drogando il silicio
con sostanze tipo arsenico o fosforo e boro o gallio che alterano le valenze del
silicio creando delle lacune nel reticolo cristallino atte al funzionamento del
transistor. Senza entrare eccessivamente nei particolari quando viene superata
una certa tensione di soglia il transistor si attiva e cambia stato logico. Il
funzionamento degli Nmos e Pmos è del tutto duale: se per uno la tensione di
soglia va superata per permettere
il passaggio di corrente, per l'altro bisogna stare al di sotto di una tensione
di soglia per il passaggio di corrente. Una delle genialate dellIntel è
la strained silicon , che letteralmente consiste in uno stiramento del silicio.
Questo stiramento del silicio è ottenuto deponendo un sottilissimo strato
di silicio su una base di germanio: si è notato infatti che il silicio
mantiene le sue proprietà fisiche in più ottiene una maggiore
mobilità degli elettroni dovuta al germanio. Si è infatti verificato
che aumentando la distanza dei nuclei del reticolo gli elettroni tendono a
muoversi
più velocemente. D'altra parte la risposta di AMD è l'utilizzo
della tecnologia SOI Silicon on Insulator sviluppata da IBM. Anche in questo
caso è un sottile strato che compie la magia: si tratta di un sottile
film isolante messo fra il substrato e lo spessore di silicio dove ci sono il
source il drain ed il canale; in tal modo queste parti vengono "isolate"
e diminuiscono le capacità parassite. Ritrnando ai processi produttivi
si pone un problema molto serio che è quello della lunghezza d'onda:
i processori attuali vengono infatti creati con tecniche litografiche e come
avviene sempre in fisica più si va nel piccolo più aumentano le
energie. Per raggiungere queste alte energie si prevede di utilizzare una serie
di specchi per accorciare la lunghezza d'onda fino a 13 nanometri.
Andando sempre più verso il futuro Intel ha annunciato che sarà in grado di
fabbricare
transistor incredibilmente veloci e si parla dell'ordine dei THz. Questi
transistor
utilizzano un materiale ad alta capacitanza detto high-K di composizione non
troppo conosciuta. L'utilizzo di un materiale ad alta capicitanza fa si che
i flussi di corrente che si disperdono siano molto piccoli, quindi minore
energia
minori consumi e minore effetto Joule. Altra novità introdotta è
un triplo gate che permette alla corrente di scorrere su tre piani diversi e
non su uno singolo. Per quanto riguarda il presente ciò che si sta affacciando
sono i primi processori a 64bit come Itanium Itanium II ClawHammer e Sledge
Hammer anche se gli approcci fra Intel e AMD sono decisamente diversi.
L'architettura usata da AMD è decisamente più conservative e meno lungimirante
di rispetto a quella dell'Itanium. Mi riferisco in particolare all'utilizzo da
parte di Intel di un set di istruzioni completamente nuovo l' EPIC Explicit
Parallelism Instruction Code che punta tutto sui parallelismi.
Questa visione del problema da parte di Intel traspare già dall'implementazione
dell'Hyper-Threading nei nuovi P4: un processore che fa vedere al sistema
operativo
due unità logiche indipendenti in grado di eseguire codice in parallelo.
D'altro canto AMD sa benissimo che i tempi di transizione potranno essere
abbastanza
lunghi e quindi cautelativamente il suo primo chip a 64bit è molto efficiente
anche con codice a 32bit non ottimizzato, a differenza dell'Itanium che si
è in grado di eseguirlo, ma a costo di una traduzione di istruzioni EPIC
in X86 che lo rallenta decisamente. Bisogna comunque sottolineare che la
circuiteria per questa traduzione è direttamente integrata nel chip quindi
è il processore stesso a occuparsene.
Un ultima nota va ai poderosi G4 che mediamente vanno come un P4 ma alla
meà della frequenza, (immaginatevi il G5!). Dotati del nuovo set di istruzioni
aggiuntive Altivec sono super ottimizzati per il calcolo vettoriale e il suo
successore saràinoltre dotato del Rapid IO per la connessione tra i vari devices
della scheda madre ed il processore.
Poi ancora si può citare il C3 un processore della VIA lentissimo ma
molto economico. In fine Il Crusoe di Transmeta che nel settore mobile ha un
potenziale molto forte visti i consumi veramente bassi e le buone prestazioni
anche se purtroppo per lui se la dovrà vedere con Banias. Nel futuro ci
aspettano
interessanti sorprese, e pensare che un'anno fa si erano raggiunti i 24GHz con
l'utilizzo dell' AEROGEL e sembrava un limite invalicabile.