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Questo articolo è riprodotto da NetEase Technology. Il titolo originale è "Il futuro dei chip per computer: più piccoli, più veloci, più economici"
La versione online del New York Times ha pubblicato un articolo che analizza il futuro dei chip per computer. L'articolo illustra il profondo impatto della legge di Moore sull'industria dei chip. Tuttavia, questa legge potrebbe non essere sempre vera. Il ritmo di sviluppo dei chip sta rallentando, il che renderà il settore più competitivo e promuoverà al contempo l'innovazione.
Di seguito il contenuto principale dell'articolo:
Nel 1960, alla conferenza internazionale sui circuiti a stato solido tenutasi presso il campus dell'Università della Pennsylvania, un giovane ingegnere informatico di nome Douglas Engelbart introdusse un concetto semplice ma rivoluzionario nel settore dell'elettronica: il ridimensionamento.
Il dottor Engelbart ipotizzò che, man mano che le dimensioni dei circuiti elettronici continuavano a ridursi, i componenti avrebbero funzionato più velocemente, avrebbero richiesto meno energia e sarebbero diventati meno costosi da produrre. In seguito fu chiamato il "padre del mouse" per aver sviluppato il mouse e altre tecnologie informatiche personali.
Tra il pubblico presente quel giorno c'era anche Gordon Moore, uno dei fondatori di Intel nel 1968. Nel 1965 Moore fornì una spiegazione quantitativa specifica del principio di scala, che ebbe un impatto enorme sull'era informatica. Previde che il numero di transistor saldabili su un chip sarebbe raddoppiato ogni anno per almeno un decennio, portando infine a notevoli miglioramenti nelle prestazioni dei computer.
La sua previsione, pubblicata nel numero di aprile 1965 della rivista Electronics, divenne nota come Legge di Moore. Questa legge non è però una vera legge della fisica, bensì l'osservazione e la speculazione di Moore sulla tendenza di sviluppo di questa industria emergente. La legge di Moore si dimostrò corretta nel mezzo secolo successivo.
Un transistor, largo più o meno quanto una fibra di cotone, costava circa 8 dollari l'uno nei primi anni '60 (al netto dell'inflazione corrente). Oggigiorno, miliardi di transistor possono essere saldati su un chip grande quanto un'unghia e il prezzo di un transistor è molto inferiore al centesimo.
Grazie all'attuazione della legge di Moore, la Silicon Valley ha raggiunto risultati notevoli nei settori dei personal computer, degli smartphone e di Internet.
Tuttavia, negli ultimi anni, il ritmo dello sviluppo previsto dalla Legge di Moore ha subito un rallentamento. Dieci anni fa, la velocità dei chip era stagnante, il ciclo di sviluppo per le nuove generazioni si era allungato e il costo di un singolo transistor si era stabilizzato.
Secondo gli esperti tecnici, il ciclo di ricerca e sviluppo della prossima generazione di chip sarà più lungo, forse due anni e mezzo o tre. Temono che entro la metà degli anni 2020 i transistor composti da poche molecole non saranno più in grado di funzionare in modo affidabile. A meno che non si verifichino nuove scoperte tecnologiche, la legge di Moore giungerà al termine.
Henry Samueli, direttore tecnico del produttore di chip per le comunicazioni Broadcom, ha utilizzato una metafora vivida: la Legge di Moore invecchia come un vecchio i cui capelli diventano gradualmente bianchi. "Lui" non sta morendo, ma sta per andare in pensione.
Nel 1995, Moore modificò il ciclo di raddoppio del numero di transistor su un chip da uno ogni anno a uno ogni due anni.
La domanda è cosa accadrà se queste tre tendenze (aumento della velocità, riduzione del consumo di energia e riduzione dei prezzi) non potranno proseguire contemporaneamente.
Robert Colwell, ex ingegnere elettrico della Intel, ha affermato che la situazione avrebbe avuto ripercussioni che andavano ben oltre il settore informatico. "Prendiamo ad esempio l'industria automobilistica. Cosa ha guidato l'innovazione negli ultimi 30 anni? La legge di Moore", ha affermato, notando che gran parte dell'innovazione del settore nei controller dei motori, nei freni antibloccaggio, nella navigazione, nell'intrattenimento e nei sistemi di sicurezza può essere attribuita al calo del costo dei semiconduttori.
Ma la Silicon Valley, che ha sempre avuto una mentalità giovane, non ha queste preoccupazioni. Per più di tre decenni, la Silicon Valley ha creduto che i computer sarebbero diventati più veloci, più potenti e più economici. Questa prospettiva è stata descritta come "l'era di Internet" e ha persino dato origine alla "teoria della singolarità". Se si raggiungesse la singolarità, i computer supererebbero l'intelligenza umana. Molti nella Silicon Valley ne sono convinti.
Limiti fisici
I chip sono realizzati con fili metallici e transistor basati su materiali semiconduttori. Un transistor è un interruttore elettronico che controlla il flusso di corrente elettrica. I transistor più avanzati sono più piccoli della lunghezza d'onda della luce e gli interruttori elettronici più avanzati sono più piccoli dei virus biologici.
I chip vengono prodotti utilizzando un processo di fabbricazione fotolitografico. Questo processo è iniziato alla fine degli anni '50 ed è stato costantemente migliorato. Oggigiorno in questo processo vengono utilizzati anche i laser UV.
Quando il “scalamento” descritto da Engelbart non funzionerà più, cosa dovrebbero fare le grandi aziende di chip? Potrebbero essere implementati tramite software o con nuovi progetti di chip dotati dello stesso numero di transistor ma con prestazioni di elaborazione più elevate. Oppure introdurre materiali speciali per realizzare transistor più veloci e più piccoli, nuovi tipi di memoria e linee di comunicazione in fibra ottica (invece delle linee di comunicazione elettroniche).
Sono disponibili numerose risposte rivoluzionarie. Ad esempio, se la tecnologia del calcolo quantistico potesse essere applicata in pratica, potrebbe ridurre notevolmente i tempi di elaborazione e accelerare lo sviluppo dell'elettronica di spin. In futuro si prevede che l'elettronica di spin porterà la tecnologia informatica nell'era dei componenti su scala atomica.
Di recente si è registrato un certo ottimismo riguardo al nuovo processo di produzione basato sulla luce ultravioletta estrema (EUV). Le onde luminose dell'ultravioletto lontano sono circa un decimo delle onde luminose più corte nello spettro visibile, il che consente di produrre componenti più piccoli semplificando al contempo il processo di fabbricazione dei chip. Tuttavia, l'efficacia di questa tecnologia non è stata ancora verificata nella produzione commerciale.
A differenza di concorrenti come Samsung e TSMC, i dirigenti di Intel sono fiduciosi che i prezzi dei chip prodotti dall'azienda continueranno a scendere nel prossimo futuro. Intel contesta l'affermazione secondo cui i prezzi dei transistor si siano stabilizzati.
A luglio, Intel ha dichiarato che avrebbe ritardato l'introduzione della sua tecnologia a 10 nanometri (a titolo di paragone, un capello umano è largo circa 75.000 nanometri) fino al 2017. La mossa è un allontanamento dalla tradizionale pratica di Intel di introdurre chip realizzati con transistor più piccoli ogni anno e adottare nuove caratteristiche di progettazione l'anno successivo. Ciò dimostra che Intel non è in grado di invertire la "tendenza discendente" della Legge di Moore. Il CEO di Intel, Brian Krzanich, ha affermato: "Il ciclo di aggiornamento dei chip dell'azienda è più vicino ai due anni e mezzo, non ai due anni". Ciò coincide con le speculazioni degli esperti tecnici sopra menzionati.
Niente più corse gratuite
Il rallentamento nello sviluppo dei chip porterà a una concorrenza più intensa nel settore, promuovendo al contempo l'innovazione nel settore. La situazione attuale è dominata da GlobalFoundries, Intel, Samsung e TSMC, mentre le apparecchiature di molti altri produttori di semiconduttori non sono avanzate quanto quelle delle quattro aziende sopra menzionate.
David Yoffe, professore alla Harvard Business School, ha affermato che uno sviluppo più lento dei chip potrebbe consentire a questi produttori in ritardo di competere in mercati che non richiedono la tecnologia più sofisticata. Anche se la riduzione delle dimensioni dei transistor non rende i chip più veloci o più economici, può comunque ridurre il consumo energetico.
Tra circa cinque anni saranno disponibili chip per computer a bassissimo consumo energetico e, in alcuni casi, non avranno più bisogno di batterie, perché potranno essere alimentati dalla luce solare, dalle vibrazioni, dalle onde radio o persino dal sudore. Molti di questi chip diventeranno nuovi e sofisticati sensori che saranno integrati in modalità wireless nei sistemi di elaborazione centralizzati nei cloud informatici.
Che tipo di prodotti consentiranno di realizzare questi chip? Non lo sappiamo ancora. Ma i progettisti di prodotti saranno costretti a pensare a come creare nuovi prodotti da una prospettiva completamente nuova, anziché attendere passivamente i miglioramenti delle prestazioni dei chip come in passato. In base alla legge di Moore, le dimensioni dei computer sono diventate sempre più piccole, ma sono rimasti sostanzialmente limitati alle idee progettuali originali e mancano di innovazione.
"In passato i designer erano pigri", ha affermato Tony Fadell, creatore dell'iPod della Apple.
"Fondamentalmente siamo tutti dei free-rider", ha affermato Carver Mead, uno degli inventori del chip.
In effetti, la legge di Moore continuerà ad applicarsi almeno per i prossimi 10 anni. In caso contrario, gli esseri umani dovranno migliorare la propria creatività.
Vincitore del Qingyun Plan di Toutiao e del Bai+ Plan di Baijiahao, del Baidu Digital Author of the Year 2019, del Baijiahao's Most Popular Author in the Technology Field, del Sogou Technology and Culture Author 2019 e del Baijiahao Quarterly Influential Creator 2021, ha vinto numerosi premi, tra cui il Sohu Best Industry Media Person 2013, il China New Media Entrepreneurship Competition Beijing 2015, il Guangmang Experience Award 2015, il China New Media Entrepreneurship Competition Finals 2015 e il Baidu Dynamic Annual Powerful Celebrity 2018. | 
