CheckMag | I semiconduttori al grafene si avvicinano sempre di più a diventare realtà

Per decenni, il silicio ha dominato l'industria dei semiconduttori, alimentando tutto, dai PC agli smartphone. Tuttavia, il silicio sta raggiungendo i suoi limiti, sia in termini di prestazioni che di scalabilità. Ecco che entra in scena il grafene, un materiale acclamato come figlio prodigio della scienza dei materiali. Con la sua conducibilità e mobilità degli elettroni senza pari, il grafene offre la possibilità allettante di processori che operano a velocità di terahertz, ben oltre i chip di silicio da gigahertz che usiamo oggi.

Cosa c'è di così speciale nel grafene?

Il grafene è un singolo strato di atomi di carbonio disposti in uno schema esagonale, che gli conferisce un'incredibile resistenza e proprietà elettriche. A differenza del silicio, consente agli elettroni di fluire con una resistenza significativamente inferiore, il che si traduce in un'elaborazione più rapida ed efficiente. Ma c'è un problema: il grafene non ha un gap di banda, la proprietà critica che consente ai semiconduttori di passare dagli stati di accensione a quelli di spegnimento. Senza questa caratteristica, il grafene non potrebbe funzionare come un transistor tradizionale, fino ad oggi.

La scoperta

I ricercatori hanno finalmente decifrato il codice. Legando il grafene al carburo di silicio e "drogandolo" con atomi che donano elettroni, hanno creato un semiconduttore funzionale basato sul grafene. Questo processo, noto come fabbricazione epitassiale del grafene, introduce un gap di banda senza sacrificare le proprietà uniche del grafene.

Il risultato? Transistor che non solo sono dieci volte più veloci delle loro controparti in silicio, ma anche ampiamente compatibili con i processi di produzione esistenti. Ciò significa una transizione agevole dai chip basati sul silicio a quelli basati sul grafene, un fattore chiave per rendere questa tecnologia commercialmente valida.

Perché questo è importante per l'informatica

Il potenziale del grafene non si limita alla velocità del vettore caricato grezzo. Ecco come potrebbe scuotere il settore:

• CPU e GPU: Transistor più veloci significano processori più potenti per i computer portatili e i PC da gioco, con la possibilità di simulazioni in tempo reale, rendering grafico di alto livello ed elaborazione avanzata dell'intelligenza artificiale, il tutto in modo più fluido e veloce di quanto sia possibile attualmente.
• Informatica quantistica: Le proprietà ondulatorie degli elettroni del grafene lo rendono un forte concorrente per le applicazioni di calcolo quantistico. Questi effetti quantistici potrebbero aiutare ad affrontare i calcoli con cui i sistemi attuali hanno difficoltà, mantenendo temperature più basse e gestibili.
• Centri dati e AI: la velocità dei terahertz ridurrebbe drasticamente la latenza e migliorerebbe il throughput per i carichi di lavoro AI, nonché per l'elaborazione dei dati in ambienti di grandi dimensioni.

Il canto del cigno del silicio?

Anche i leader del settore riconoscono che il silicio sta per finire il suo regno. Il CEO di Nvidia Jensen Huang ha dichiarato notoriamente: "La Legge di Moore è morta" Per coloro che non la conoscono, la Legge di Moore prevedeva il raddoppio dei transistor su un chip ogni due anni, portando a miglioramenti esponenziali della potenza di calcolo. Tuttavia, con l'ulteriore riduzione dei transistor, problemi come la generazione di calore e la velocità di commutazione hanno rallentato notevolmente i progressi.

Grazie alle sue prestazioni superiori e alla potenziale scalabilità, il grafene potrebbe avere la chiave per risolvere questi problemi. E così facendo, potrebbe estendere, o addirittura sostituire, la traiettoria promessa dalla Legge di Moore.

La strada da percorrere

Come per tutte le tecnologie emergenti, ci sono alcuni problemi da risolvere prima che il grafene possa prendere completamente le redini. L'aumento della produzione e l'integrazione dei semiconduttori di grafene nell'elettronica di consumo richiederanno un investimento significativo e un'attenzione particolare all'innovazione su questo fronte. C'è anche la questione se il grafene possa superare le altre tecnologie superconduttrici in arrivo nel calcolo quantistico, dove la concorrenza è agguerrita.

Tuttavia, i segnali sono promettenti. Grazie alla compatibilità con le tecniche di produzione esistenti e alla ricerca in corso sulle applicazioni quantistiche, i semiconduttori al grafene sono più di una chimera: sono uno sguardo al futuro dell'informatica.

Conclusione

I semiconduttori basati sul grafene potrebbero non risolvere tutti i problemi del silicio da un giorno all'altro, ma rappresentano un passo avanti fondamentale. Che si tratti di ricaricare il suo prossimo computer portatile o di sbloccare il pieno potenziale dell'informatica quantistica, questa scoperta ha il potenziale di ridefinire ciò che è possibile fare nel settore tecnologico.

Il futuro si avvicina rapidamente e potrebbe essere alimentato dal grafene.