Come nascono chip e processori ultraminiaturizzati con i sistemi EUV

Tutti i principali produttori di chip e microprocessori si stanno dando battaglia per portare all’estremo il processo di miniaturizzazione. L’ambito traguardo è quello dei 7 nm che vede coinvolti, in maniera indipendente, Samsung, Qualcomm, TSMC, GlobalFoundries, MediaTek, Intel e IBM (vedere questi articoli).

L’espressione processo costruttivo, nel caso di CPU e SoC, ha a che fare con le dimensioni dei transistor. In particolare, il valore espresso in nanometri (nm) indica la dimensione media del gate di ciascun transistor usato nel processore (il gate o porta è uno dei terminali del transistor).

Per avere un’idea del grado di miniaturizzazione verso il quale ci si è spinti, basti pensare che un capello equivale a circa 80.000 nm, il virus dell’HIV ha un “ingombro” di circa 120 nm.
Una volta approntate le tecnologie per creare chip a 7 nm e affrontati i relativi costi (impegnativi), i vantaggi diventano però tangibili: la miniaturizzazione porta a notevoli risparmi (con un solo wafer di silicio si possono produrre più processori) e alla riduzione dei consumi energetici, delle temperature operative e alla possibilità di inserire – in un unico chip – molti più transistor così da aumentare le potenze.
Più è contenuto il valore in nanometri del processo costruttivo, più transistor si avranno per unità di superficie e maggiore sarà, in generale, la frequenza di clock della CPU.

Nel 2006 il processo costruttivo di riferimento era quello a 45 nm e nel giro di appena un decennio si è già riusciti a scendere fino a 14, 10 e, tra poco, 7 nm.

Processo costruttivo a 7 nm con la litografia EUV (extreme ultraviolet)

Per la sfida dei 7 nm, la maggior parte dei produttori ha scelto di servirsi della tecnica litografica EUV.

La società olandese ASML è sconosciuta “ai comuni mortali” ma è una delle aziende più promettenti con un tasso di crescita davvero marcato.
ASML fornisce ai produttori citati nell’introduzione i macchinari per la litografia ultravioletta estrema (EUV) e quindi per produrre chip ancora più compatti a partire dal wafer di silicio.

Basti pensare che ASML produce 12 sistemi EUV l’anno che hanno le dimensioni di un autobus e che generalmente costano circa 100 milioni di euro l’uno.
Tra i clienti di ASML ci sono TSMC, Samsung e Intel che hanno già ordinato alla società altri 8 sistemi EUV.
ASML, che ha già fatto registrare un incremento delle vendite pari al 25%, dovrebbe raddoppiare le sue capacità produttive nel corso del prossimo anno per arrivare nel 2019 al 24 unità EUV realizzate a cadenza annuale.