I microprocessori in silicio 2D di oggi stanno diventando così veloci che il tempo necessario per ottenere un segnale da un lato all'altro del chip - e tanto meno tra i processori - sta diventando un fattore limitante significativo.

Un modo per affrontare questo problema è stato esplorato nel campo della fotonica del silicio - sostituendo le connessioni elettriche con la luce in movimento più veloce - ma i ricercatori dell'Università di Rochester nello Stato di New York affermano di aver risolto questo problema in un altro modo: creando la prima opera al mondo chip in tre dimensioni.

"Ora lo chiamo cubo, perché non è più solo un chip", dice Eby Friedman, professore di ingegneria elettrica e informatica all'Università di Rochester. "Quando le chips sono a filo l'una contro l'altra, possono fare cose che non potresti mai fare con un normale chip 2D", afferma.

Costruisci, non fuori

Correttamente chiamato 3D NoC (Network on Chip), il cubo di Friedman non è un microprocessore convenzionale semplicemente impilato su bus dati e indirizzi comuni. Lui e lo studente di ingegneria Vasilis Pavlidis hanno progettato il loro dispositivo da zero. Il loro NoC ha una migliore sincronizzazione, potenza di distribuzione e capacità di trasferimento dei dati rispetto ai tradizionali chip sovrapposti. Il prototipo funziona con un rispettabile 1.4 GHz, come descritto in un documento disponibile su www.tinyurl.com/3uumee.

Il motivo per cui il chip di Friedman è un passo avanti è che puoi imballare i transistor in modo così stretto in due dimensioni prima che inizino a funzionare male. Questo impone il limite superiore alla potenza di elaborazione che un singolo chip può comandare. Friedman dice che i chip 3D non dovrebbero soffrire di tale limite.

"Stiamo andando a colpire un punto in cui non possiamo scalare i circuiti integrati più piccoli? Orizzontalmente, sì," dice. "Ma inizieremo a ridimensionare verticalmente, e questo non finirà mai, almeno non nella mia vita, dovresti parlare con i miei nipoti di questo."

L'architettura progettata dal team contiene tre chip in silicio appositamente progettati e ha perforato milioni di fori nell'isolamento che li separa per realizzare connessioni tra transistor in diversi strati. La chiave del design ha fatto interagire tutti e tre i livelli come un singolo chip.

In un comunicato stampa rilasciato dall'University of Rochester, far lavorare insieme le tre chip è stato descritto come "come cercare di escogitare un sistema di controllo del traffico per gli interi Stati Uniti - e quindi sovrapporre altri due Stati Uniti al primo e in qualche modo ottenere ogni bit di traffico da qualsiasi punto su qualsiasi livello fino alla sua destinazione su qualsiasi altro livello. "

Grandi vantaggi

L'incentivo a superare queste difficoltà valeva comunque la pena. "Il vantaggio principale [dei chip 3D] è la notevole riduzione della lunghezza e del numero di interconnessioni globali", afferma Friedman. Questo, afferma, si tradurrà in prestazioni più elevate e un minore consumo energetico.

Il prototipo mostra già un risparmio energetico compreso tra il 58 e il 62 per cento rispetto a un microprocessore 2D tradizionale della stessa velocità. Friedman sostiene che i singoli strati non devono nemmeno essere silicio, dando origine alla possibilità di creare alcuni nuovi processori molto strani.

Alcuni dei livelli in un tipico NoC 3D potrebbero essere utilizzati per eseguire funzioni specifiche, come la memorizzazione dei dati e l'elaborazione delle immagini, oppure possono essere costituiti da chip personalizzati per l'utilizzo in telefoni cellulari e altri beni di consumo. Poiché ogni livello funziona in parallelo con gli altri, un futuro lettore MP3 potrebbe avere un livello che converte i brani memorizzati in audio su richiesta.

Poiché i NoC 3D sono essenzialmente solo circuiti stampati con connessioni più corte tra di loro, i chip all'interno di dispositivi come l'iPod potrebbero potenzialmente ridursi a un decimo della loro dimensione con una velocità dieci volte superiore.

Per quanto tempo potremmo dover attendere che i primi "cubi PC" siano indovinati, ma i progettisti di chip stanno già iniziando a sentire i limiti del 2D. Un design 3D x86 o addirittura a 64 bit potrebbe spingere la linea di architettura molto più lontano aumentando le prestazioni riducendo il consumo energetico.

Naturalmente, tutto dipende dal fatto che le interconnesse basate sulla luce si rivelino altrettanto veloci di quanto Intel vorrebbe farci credere ...

Pubblicato per la prima volta in PC Plus, Numero 275

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