Uno dei problemi maggiori in ambito tecnologico è come riuscire ad immagazzinare l’energia in modo efficiente. Negli anni i ricercatori hanno lavorato su un numero infinito di progetti legati alle batterie e oggi l’Università del Missouri sembra aver trovato una soluzione adatta a tutti i dispositivi elettronici che non solo garantirebbe un livello di autonomia mai visto prima ma pare che risolverà anche le difficoltà riguardanti il surriscaldamento.

Il team di scienziati dell’ateneo statunitense ha brevettato un diodo magnetico con una particolare struttura a nido d’ape. Le sue caratteristiche chimiche e configurazione permettono di dissipare molta meno energia rispetto al silicio, minerale utilizzato comunemente per la realizzazione degli elettrodi. Questo materiale, se sfruttato per la produzione di transistor, consentirebbe di migliorare sensibilmente l’efficienza di una batteria. I ricercatori prevedono che la durata potrebbe aumentare anche di 100 volte ma rimangono comunque cauti nelle loro previsioni. Il diodo magnetico dissipando meno energia consente anche di ridurre il calore generato dal movimento degli elettroni da un polo all’altro della batteria e questo è un fattore che migliorerebbe sensibilmente l’efficienza di prodotti come smartphone e tablet. Samsung, ad esempio, sa bene quanto il surriscaldamento della batteria possa costare caro. L’azienda coreana ha dovuto ritirare dal mercato Galaxy Note 8, spendendo una cifra decisamente considerevole per questa operazione, proprio per questo tipo di problema.

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L’anno scorso si sono festeggiati i 50 anni dalla formulazione della legge di Moore, una regola che ha guidato il settore tecnologico fino ai giorni nostri. Nel 1965 il co-fondatore di Intel, Gordon Moore, teorizzò che le prestazioni dei processori e il numero di transistor in essi integrati raddoppiano ogni 18 mesi. L’assioma si è dimostrato vero fino ad oggi ma ora un articolo sulla rivista Nature ne ha decretato la prossima fine. Il processo di miniaturizzazione dei chip e l’aumento della densità dei transistor ha reso sempre più complicata la gestione del calore ed entro poco meno di 10 anni si raggiungeranno i limiti imposti dalla tecnologia attuale. Una volta raggiunti i 2-3 nanometri, il comportamento degli elettroni sarà dominato da incertezze quantistiche che renderanno i transistor meno efficienti e affidabili.

Al momento le soluzioni per passare oltre la Legge di Moore sono molte ma nessuna di esse dà garanzie sufficienti. Una risposta può venire dai computer quantistici, soluzioni su cui stanno lavorando grandi aziende come Google, o quelli neuromorfici, che si ispirano alle connessioni neurali del cervello. Un’altra soluzione sarebbe trovare un sostituto del silicio come i nanotubi di carbonio o il grafene ma la ricerca sui materiali non ha ancora prodotto risultati soddisfacenti. Infine si potrebbe cambiare totalmente l’approccio alla produzione, i cui costi diventeranno sempre più elevati. L’idea è di partire dal software per individuare quali caratteristiche debba possedere il processore per farlo funzionare al meglio. La fine della Legge di Moore si fa inoltre sempre più vicina anche grazie all’avvento del mobile, che richiede una migliore gestione dell’energia, della connettività e dei vari tipi di sensori.

“In un certo senso –  ha dichiarato Shekhar Borkar, numero uno della ricerca avanzata per i microprocessori di Intel – la Legge di Moore evolverà. Vista dalla prospettiva del consumatore la legge dice che il valore per l’utente raddoppia ogni due anni, e in tale contesto le diverse novità in programma dovrebbero continuare a garantire tutto questo”.

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Il progetto IRIS guidato da Ericsson in Italia ha prodotto uno switch basato su silicon photonics progettato per ospitare migliaia di circuiti ottici in un solo chip.

Il primo prototipo è ora in fase di test e caratterizzazione e, in caso di successo, il risultato rappresenterà un’evoluzione per l’intera industria, aprendo la strada ad una nuova generazione di sistemi ottici integrati in un unico dispositivo.

La silicon photonics fa leva sul silicio quale mezzo ottico per la trasmissione e commutazione di dati a velocità molto elevate, riducendo il consumo energetico e aumentando la capacità, fattori che combinati porteranno a diminuire i costi operativi.

Co-finanziato dalla Commissione Europea come un progetto specifico mirato nel campo della Ricerca (STREP, Specific Target Research Project) all’interno del settimo programma quadro per la ricerca e sviluppo (FP7), il progetto IRIS mira a creare uno switch fotonico WDM ad alta capacità e riconfigurabile, usando la silicon photonics per integrare monoliticamente i circuiti in un unico chip.

Un chip del genere consentirà agli operatori di telecomunicazioni di migliorare le prestazioni della rete, aumentando la capacità del nodo così come richiesto dalle future reti 5G e dall’evoluzione del cloud computing. Ciò può essere ottenuto mediante un’elevata scala di integrazione nello stesso chip di alcune funzionalità come la trasmissione ad alta velocità, la commutazione e l’interconnettività.

Il premiato Hyperscale Datacenter System 8000 di Ericsson è un esempio in cui la tecnologia silicon photonics è già implementata. Con la sua interconnessione ottica genera grandi benefici ai proprietari di datacenter per quanto riguarda il costo totale di proprietà.

Peter Christy, Research Director di 451 Research afferma: “L’interconnessione ottica avrà un ruolo fondamentale nell’evoluzione dei data center. La silicon photonics riduce i costi e incrementa l’efficienza energetica in modo significativo. Le soluzioni cloud di Ericsson e l’Hyperscale Datacenter System 8000 sono le prime iniziative al momento sul mercato della silicon photonics in un datacenter e sistemi come questo dimostrano chiaramente il potenziale della tecnologia.”

Nunzio Mirtillo, Amministratore delegato di Ericsson in Italia e Presidente della Regione Mediterranea Ericsson, spiega: “Il progetto IRIS testimonia come l’Italia e l’Europa intera abbiano un ruolo centrale nello sviluppo delle comunicazioni mobili del futuro e delle reti 5G. Ericsson e i suoi ricercatori italiani stanno guidando un progetto di rilevanza mondiale, aprendo le porte a collaborazioni con università e industrie e contribuendo così alla creazione di un ecosistema virtuoso dell’innovazione, con l’obiettivo di sviluppare tecnologie ad alto valore aggiunto in grado di sostenere la realizzazione della Società Connessa.”

I ricercatori di Ericsson a Pisa hanno generato e presentato tutte le principali proposte di brevetto.

Il consorzio del progetto è guidato da Ericsson Italia e include ST Microelectronics (Italia), l’Università di Trento, il CNIT (Italia), CEA-LETI (Francia), Il Politecnico di Valencia (Spagna), la Technische Universitat di Vienna (Austria) e l’Electronics and Telecommunications Research Institute (Repubblica di Corea).

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Rivoluzionare l’informatica con elementi che già abbiamo: questa la volontà di IBM che qualche ora fa ha annunciato una novità fondamentale per il mondo della tecnologia. I suoi tecnici sono infatti riusciti a realizzare chip formati da un canale in silicio e germanio (SiGe), invece del solo silicio, attraverso l’utilizzo della tecnica Extreme Ultraviolet (EUV), tale da rendere il prodotto finale quattro volte più potente degli attuali. La presentazione è parte dello sforzo di IBM di dare uno slancio importante alla produzione di chip nella Hudson Valley dove ha investito ben 3 miliardi di dollari per la realizzazione di impianti e campus assieme allo Stato di New York, Samsung, GlobalFoundries e una serie di altri produttori hi-tech.

Già nel futuro

I chip di sette nanometri presentati da IBM accelerano  lo sviluppo dell’industria di semiconduttori che negli ultimi tempi ha faticato nel mantenere la promessa di raddoppiare la densità dei transistor ogni due anni. Non a caso Intel, leader nel settore per decenni, ha faticato nel proporre evoluzioni importanti per il mercato a causa di limiti tecnici riscontrati dai laboratori. Adesso però il mix tra silicio e germanio potrebbe innalzare definitivamente il livello di potenza dei chip, spingendo anche altre aziende ad utilizzare la tecnica per le proprie produzioni. Secondo IBM nei nuovi microprocessori sarà possibile inserire più di 20 miliardi di transistor, più piccoli del 50% delle soluzioni a 10 nanometri; un’evoluzione che va al di là di ogni aspettativa, anche delle previsioni di Moore.

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Nel 1965 il co-fondatore di Intel Gordon Moore scrisse un articolo per Electronics Magazine che è diventato il punto di riferimento per il progresso dell’elettronica e dell’informatica. Fu proprio in quell’occasione che l’imprenditore statunitense formulò la famosa prima Legge di Moore, che nella sua forma definitiva afferma che le prestazioni dei processori e il numero di transistor in essi integrati raddoppiano ogni 18 mesi. La teoria dell’informatico ha compiuto ieri 50 anni e in quest’arco di tempo si è rivelata veritiera. Oggi che la tecnologia e il modo in cui viene prodotta sono cambiati radicalmente sarà ancora attuale?

Secondo gli esperti, la Legge di Moore non festeggerà i 60 anni in quanto la miniaturizzazione dei transistor non potrà continuare senza perdere in efficienza. D’altronde lo stesso informatico aveva teorizzato che le mole di risorse necessarie per creare nuove tecnologie nel settore dei chip sono direttamente proporzionali al tempo per il loro sviluppo.  Oggi siamo quasi al limite del numero di transistor integrabili in un chip e sarà quindi necessario sempre più tempo per trovare nuove strade verso maggiori prestazioni per i computer. I produttori di processori e le aziende di informatica ritengono quindi che la ricerca di nuovi materiali alternativi al silicio come il grafene o i nanotubi di carboni e una migliore gestione delle risorse da parte dei software siano il futuro dell’informatica.

“Non ci sono limiti alle capacità di gestione delle informazioni di un computer – ha dichiarato al Sole24Ore il vice-presidente per la ricerca avanzata di Intel, Paolo Gargini – e lo vedremo in diversi campi, dall’Internet delle cose ai device indossabili, e soprattutto nella robotica”.

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Per accelerare il progresso tecnologico è necessario scoprire nuovi materiali, in particolare nel campo dell’elettronica. Il transistor ha permesso di realizzare i PC ma è necessario andare ancora migliorandone le prestazioni. Attualmente i semiconduttori sono costruiti in silicio ma gli scienziati stanno sperimentando l’utilizzo di nuovi materiali bidimensionali per renderli più piccoli ed efficienti.

Transistor oltre il silicio

L’Università di Pisa in collaborazione con il MIT, l’Università di Notre Dame, l’Università di Dallas e l’Istituto Italiano di tecnologia, che ha costruito il robot per la protezione civile HyQ, stanno sperimentando l’uso di materiali bidimensionali, ovvero dello spessore di un solo atomo, per costruire un nuovo tipo di transistor. Oltre al più conosciuto grafene, che potrebbe essere la risposta alle esigenze di autonomia degli smartphone, i diversi team di ricerca stanno utilizzando anche i calcogenuri dei metalli di transizione (TMD) e il seleniuro di bismuto.

Come ha spiegato Gianluca Fiori, esperto del dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa, questi materiali sono “promettenti per la realizzazione di transistor piccolissimi, fino a cinque nanometri, mentre quelli attuali sono circa 20 nanometri”. “Per rendersi conto delle dimensioni,  – ha continuato – un virus è circa 100 nanometri, un batterio è circa mille nanometri, e lo spessore di un capello è circa centomila nanometri”.

Attualmente la tecnologia per la produzione dei materiali bidimensionali è ancora allo stadio embrionale ma nel prossimo futuro questi potranno essere utili anche per lo sviluppo di sistemi elettronici per dispositivi indossabili, un mercato che ha ampie prospettive di crescita, o per essere applicati a superfici curve.

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Oggi potrebbe essere stata scritta una pagina importante della storia dell’informatica. Gli scienziati dell’Università di Stanford hanno realizzato il primo computer completo con CPU a nanotubi di carbonio.

Il processore, che ha capacità comparabili all’Intel 4004 del 1971, è capace di eseguire due programmi contemporaneamente. “In linea di principio potremmo eseguire una versione a 64 bit di Windows, ma ci metterebbe milioni di anni”, ha commentato Max Shulaker, uno degli studenti che ha partecipato al progetto. La CPU contiene 178 transistor ognuno dei quali è costituito da diversi nanotubi di carbonio del diametro di 22 nanometri, quindi piuttosto grandicelli se paragonati a quelli utilizzati oggi.

Anche se può non sembrare un risultato così straordinario bisogna tenere conto che questo è solo il primo passo. Rimane il fatto che è la prima volta che si riesce a realizzare una vera e propria CPU con una tecnologia diversa dal silicio.

I vantaggi dei nanotubi

In linea di principio il processore creato a Stanford potrebbe essere più potente e contenere più transistor di quelli che sfruttano il silicio. Inoltre, la caratteristica che li rende uno dei materiali più interessanti per rivoluzionare il mondo dell’informatica è quella di dissipare in maniera più efficente il calore. Una CPU che non si scalda può lavorare velocemente e per più cicli.

Nel campo dell’informatica la ricerca sui materiali è diventato l’obiettivo principale delle aziende. Secondo gli esperti si sta avvicinando il momento in cui il costo di sviluppo di nuove tecnologie sarà superiore al guadagno della commercializzazione e quindi si sta spingendo verso metodi alternativi al silicio. Al momento i candidati più accreditati a sostituire questo materiale sono: nanofili, spintronica, grafene, computer biologici e quantisitici, fotoni e ovviamente i nanotubi di carbonio.

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Come nel caso delle penicillina, a volte le più grandi scoperte scientifiche avvengono per caso. Un’equipe di scienziati dei materiali provenienti dall’università statunitense di Cornell e da quella tedesca di Ulm hanno realizzato involontariamente la più sottile lastra di vetro al mondo con uno spessore di due atomi. Questa scoperta è valsa il Guinnes dei Primati.

Una scoperta accidentale

L’equipe del dottor David Muller, docente di fisica applicata e ingegneria al Kavli Institute for Nanoscale Science della Cornell, stava cercando di realizzare una lastra di grafene, un nuovo materiale composto da atomi carbonio, quando ha notato dell’impurità. Analizzando questi residui si è scoperto che si trattava di vetro. La lastra realizzzata accidentalmente è così sottile che i due atomi di silicio e ossigeno che la compongono sono visibili solo al microscopio elettronico.

La scoperta apre nuove possibilità nel campo dei transistor e dei microchip e per la prima volta permette di comprendere la struttura molecolare del vetro finora sconosciuta.  “Questo è il lavoro di cui sarò più orgoglioso, quando un giorno ripenserò alla mia carriera. È la prima volta si riesce a vedere la disposizione degli atomi nel vetro”, ha affermato entusiasta Muller.

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Leggenda vuole che un paio di settimane fa i maggiori dirigenti e investitori di Apple si siano incontrati in un luogo segreto per discutere del futuro. Tra i riuniti vi sarebbero Bill Campbell, direttore di Intuit, software house finanziaria, Larry Sonsini, consigliere alla Silicon Valley e Frank Quattrone, investitore e banchiere. Il quadretto, che potrebbe assomigliare a quello della famiglia Corleone de Il Padrino, rappresenta il modo migliore per trarre conclusioni su quello che è stato il 2012 e ciò che riserva il futuro.

Riunione di famiglia

L’incontro, pare, non abbia trattato i discorsi sulla diminuzione dei margini di profitto dell’azienda; Apple si aspettava introiti minori anche a causa di un iPad Mini a prezzo economico e un ultimo colpo di coda per l’obsoleto iPhone 4 come prodotto entry-level. Nonostante la presa di coscienza di una fisiologica discesa nei margini, gli investitori non vogliono rischiare: Apple ha bisogno di registrare una serie di trimestri certamente migliori. Come spiega il Guardian, Quattrone è seduto tranquillamente in fondo al tavolo, si schiarisce la voce ed esclama: “Compriamo Intel”. A quel punto ribatte Tim Cook: “Si, abbiamo comprato processori Intel per i Mac dal 2005”. Risponde Frank Quattrone: “Non in chip ma l’azienda. È tutto allineato perché Apple possa sferrare il colpo che segnerà l’industria per sempre”. Cerchiamo di capirci qualcosa.

Perché Intel?

Apple ha bisogno di far virare l’attenzione sui propri device nella battaglia con Samsung, che sta centrando un colpo dopo l’altro. Intel è il miglior produttore di chip in silicio su larga scala in tutto il mondo; hanno il personale, la tecnologia e la capacità per soddisfare le più alte esigenze negli anni a venire. Inoltre in Intel c’è un vuoto nella posizione di leadership. Sei mesi dopo aver annunciato il “pensionamento” del CEO Paul Otellini, la società non ha ancora trovato un sostituto in grado di portare la nave in acque più competitive. Apple potrebbe mettere sul piatto Pat Gelsinger, un veterano di Intel che ha lavorato per VMware. Tutto ciò porterebbe Apple a diventare una società molto diversa, sicuramente più presente e responsabile sul mercato. Si allineerebbe a competitor del calibro di IBM, Microsoft e HP, destinata a guardare più a Wall Street che ai propri utenti.

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Per rispondere a questa domanda si può prendere in esame la classifica stilata da Gartner, relativa al 2012. Ebbene, nel corso dell’ultimo anno, Samsung e Apple sono state le aziende con il livello più alto di spesa in semiconduttori. Un dato che rafforza quanto evidenziato nel 2011, ma con alcune differenze fondamentali. La prima è che si sono invertite le posizioni al vertice con Samsung che toglie a Apple il primato di spesa. La seconda è che si allarga il divario tra queste due aziende e il resto dei produttori.

L’azienda coreana presenta per il 2012 un volume di spesa pari a 23,9 miliardi di dollari, in crescita del 28,9% rispetto al 2011. Apple una spesa di 21,4 miliardi e una crescita del 13,6%. Le due aziende, insieme, rappresentano più del 15% della domanda mondiale e sono le uniche che hanno espresso una crescita a due cifre.

HP e Dell, rispettivamente terzo e quarto consumatore di chip a livello mondiale, hanno evidenziato una contrazione del volume di spesa. Dato ancora più eclatante è quello di Nokia la cui spesa si è contratta rispetto al 2011 del 42,6%. Non a caso la share complessiva del produttore finlandese è dell’1,7%.

I risultati riflettono un profilo di domanda fortemente caratterizzato dall’espansione delle vendite di tablet e smartphone, segmento di mercato dominato da Apple e Samsung. Gartner sottolinea come il comparto PC, pur rappresentando ancora la dimensione a maggiore volume per domanda espressa, viene progressivamente contrastato dalle tecnologie emergenti del comparto mobile.

Al di là dei riposizionamenti dei singoli vendor è da notare, infine, che nel corso del 2012 la domanda complessiva è diminuita del 3%, causa la difficile situazione macroeconomica. Tuttavia, questo risultato può anche essere interpretato come effetto di un progressivo passaggio da tecnologia pc a smartphone/tablet. Questi ultimi, infatti, non esprimono una domanda di tecnologia a semiconduttore dello stesso livello di quella espressa dal PC. Insomma l’indice di silicio contenuto in un tablet o in uno smartphone è più basso di quello di contenuto in un PC. Considerazione finale: la crescita del mercato tablet/smartphone non compensa la diminuzione di spesa in semiconduttori dovuta al calo dei personal computer.

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