Per decenni l’industria dei semiconduttori ha seguito una formula sorprendentemente semplice: rendere i transistor più piccoli, inserirne di più in un singolo chip e ottenere computer più veloci ed efficienti.
È il principio che conosciamo come legge di Moore.
Ma stiamo iniziando a raggiungere un limite.
I ricercatori della University of Illinois Urbana-Champaign hanno recentemente dimostrato un nuovo metodo per costruire chip in silicio. Il loro lavoro suggerisce che il futuro dell’informatica potrebbe non dipendere soltanto da transistor sempre più piccoli.
Potremmo iniziare a costruire in verticale.
E questo potrebbe cambiare profondamente i processori utilizzati nei futuri laptop, workstation e sistemi di intelligenza artificiale.
Che cos’è davvero la legge di Moore?
Nel 1965 Gordon Moore, cofondatore di Intel, osservò che il numero di componenti che potevano essere inseriti economicamente in un circuito integrato stava crescendo molto rapidamente.
Negli anni, la legge di Moore è diventata sinonimo dell’idea che il numero di transistor presenti su un chip raddoppi all’incirca ogni pochi anni.
Non si tratta di una vera legge fisica.
È diventata piuttosto un obiettivo che l’industria dei semiconduttori è riuscita a seguire per decenni.
Transistor più piccoli hanno permesso di realizzare CPU e GPU sempre più complesse senza aumentare proporzionalmente le dimensioni del chip.
Più transistor significavano più capacità di calcolo.
E processi produttivi più piccoli tendevano anche a migliorare l’efficienza energetica.
Ma oggi i transistor sono diventati estremamente piccoli.
A un certo punto non è più possibile continuare a ridurre indefinitamente le dimensioni.
Entrano in gioco i limiti fisici del silicio e, in ultima analisi, la meccanica quantistica.
La vera domanda diventa quindi:
cosa viene dopo il “più piccolo”?
Invece di costruire più piccolo, costruiamo più in alto
La soluzione sembra quasi ovvia.
Se lo spazio orizzontale sta finendo, possiamo usare la terza dimensione.
I processori moderni sono tradizionalmente costituiti da strutture estremamente complesse, ma essenzialmente bidimensionali.
Esistono già tecnologie 3D, come le memorie impilate o 3D V-Cache.
In genere, però, i vari die vengono prodotti separatamente e collegati successivamente.
I ricercatori dell’Illinois stanno lavorando su qualcosa di più ambizioso: l’integrazione 3D monolitica.
In pratica, più strati di transistor vengono costruiti direttamente uno sopra l’altro.
È un po’ come passare da una città che continua a espandersi in periferia a una città che costruisce grattacieli.
Il team ha dimostrato diversi strati di transistor integrati verticalmente e li ha utilizzati per realizzare circuiti logici e celle di memoria SRAM.
Il vantaggio principale è che questi strati possono essere collegati tra loro con una densità molto maggiore rispetto ai tradizionali sistemi di stacking.
E questo è importante.
Perché nei computer moderni non conta più soltanto la velocità con cui un transistor può commutare.
Anche spostare i dati richiede tempo ed energia.
Un processore non deve solo calcolare
Questo diventa particolarmente importante nell’intelligenza artificiale.
Una CPU o una GPU può avere una potenza di calcolo enorme.
Ma tutte quelle unità di elaborazione devono essere continuamente alimentate con dati.
I dati devono spostarsi tra core, cache, memoria e altre parti del sistema.
E questi trasferimenti consumano energia.
Avvicinando verticalmente i componenti, le connessioni elettriche possono diventare molto più corte.
Questo potrebbe portare a:
- maggiore larghezza di banda;
- minore latenza;
- minori consumi;
- maggiore densità di calcolo.
È un approccio particolarmente interessante per CPU, GPU e acceleratori AI.
E conferma qualcosa che vediamo da tempo anche in SKIKK: le prestazioni di un computer dipendono sempre meno da una singola specifica e sempre più dall’intera architettura del sistema.
Una CPU più veloce da sola non rende automaticamente più veloce un computer.
Contano la memoria, la cache, lo storage, il raffreddamento, i limiti di potenza e il modo in cui tutti questi componenti comunicano tra loro.
L’integrazione 3D potrebbe portare questo concetto fino al livello del transistor.
Perché allora non lo facciamo già?
Per il calore.
O meglio, per le temperature richieste durante la produzione.
La realizzazione dei transistor in silicio ad alte prestazioni richiede normalmente temperature molto elevate.
Per il primo strato non è un problema.
Ma se si vuole costruire un secondo strato direttamente sopra circuiti già esistenti, quelle temperature possono danneggiare le connessioni metalliche sottostanti.
Il team dell’Illinois ha quindi sviluppato un approccio differente.
Invece di far crescere nuovo silicio cristallino direttamente sopra l’elettronica già esistente, produce separatamente sottilissimi strati di silicio e li trasferisce successivamente sul wafer.
In questo modo è possibile aggiungere nuove strutture senza distruggere i circuiti sottostanti.
E, almeno in teoria, ripetere nuovamente il processo.
Quindi la legge di Moore è morta?
Non necessariamente.
Forse sta semplicemente cambiando ciò che intendiamo per scaling.
Per decenni:
Transistor più piccoli = più transistor per chip.
In futuro potrebbe diventare:
Più strati = più transistor nello stesso spazio.
Questa transizione è già in corso.
Le memorie NAND utilizzano strutture 3D. I processori moderni impiegano sempre più chiplet. Le memorie HBM impilano vari die. AMD utilizza cache impilata con 3D V-Cache.
L’industria si sta quindi allontanando dall’idea che un singolo grande chip piatto sia sempre la soluzione ideale.
Non aspettatevi un processore a tre piani il prossimo anno
Esiste però una grande differenza tra ricerca e produzione industriale.
I ricercatori hanno dimostrato che il principio funziona.
Ma un moderno processore consumer contiene miliardi di transistor.
Trasformare un esperimento di laboratorio in un processo industriale capace di produrre milioni di chip a costi sostenibili è una sfida enorme.
Questa tecnologia non arriverà probabilmente nel prossimo laptop SKIKK.
Ma non è questo il punto.
La sua importanza sta nel mostrare una possibile direzione per l’industria quando ridurre ulteriormente i transistor diventerà sempre più difficile.
Cosa potrebbe significare per i laptop?
Potenzialmente molto.
Più capacità di calcolo nello stesso spazio.
Connessioni più corte.
Meno energia sprecata nei trasferimenti di dati.
Potremmo quindi ottenere processori:
più veloci senza diventare proporzionalmente più grandi;
capaci di offrire le stesse prestazioni con meno energia;
più adatti all’esecuzione locale di applicazioni AI.
Per un laptop, l’efficienza energetica può essere importante quanto la prestazione assoluta.
In un desktop è relativamente facile aumentare i consumi e installare un sistema di raffreddamento più grande.
In un laptop no.
Lo spazio per raffreddamento, batteria e componenti è limitato.
Il processore più interessante del futuro potrebbe quindi non essere quello che vince un benchmark consumando 200 watt.
Potrebbe essere quello capace di eseguire lo stesso carico di lavoro a 50 watt.
La fine della legge di Moore o il prossimo capitolo?
Per oltre mezzo secolo, progresso ha significato soprattutto rendere tutto più piccolo.
Questo non scomparirà improvvisamente.
Ma il futuro dei chip dipenderà sempre di più da altre tecnologie.
Chiplet.
Cache impilata.
Memoria 3D.
Packaging avanzato.
Acceleratori specializzati.
E forse, un giorno, più strati di transistor in silicio ad alte prestazioni costruiti direttamente uno sopra l’altro.
Il chip del futuro potrebbe non essere semplicemente più piccolo.
Potrebbe essere più alto.
E se tecnologie come questa riusciranno a passare dal laboratorio alla produzione industriale, forse la legge di Moore non è affatto arrivata alla fine.
Forse l’abbiamo semplicemente osservata per troppo tempo in due dimensioni.
Questo articolo si basa sulla ricerca di Qing Cao e dei suoi colleghi della University of Illinois Urbana-Champaign. Lo studio “Monolithic three-dimensional integration of silicon transistors” è stato pubblicato su Nature nel 2026.