Transistor: l’evoluzione delle Cpu

04-Art-Transistor

Il transistor, piccolo componente elettronico onnipresente in ambito informatico, è l’elemento costitutivo di tutti i dispositivi che ci circondano. Tutti i (micro)processori li utilizzano in termini di logica binaria per funzionare, secondo gli schemi e le evoluzioni che vi abbiamo mostrato sul numero 287 di PC Professionale. Questi elementi operano in effetti in maniera logicamente semplice, come banali interruttori. Se il “pulsante” (gate) è attivo scorre della corrente tra i due “contatti” (source e drain). Se il “pulsante” non è attivo, non scorre alcuna corrente.

di Davide Piumetti

ICON_EDICOLACombinando in maniera lineare questo tipo di funzionamento e collegando in cascata i transistor è possibile costruire circuiti complessi e interi processori, Gpu o veri e propri System on Chip. Certo, ne sono necessari migliaia, milioni o addirittura miliardi per raggiungere una logica complessa in grado di fornire le prestazioni e le funzionalità  dei processori moderni, ma il tutto si basa su questo semplice elemento replicato più e più volte.

Sul funzionamento del transistor ci siamo concentrati nelle prima parte di questo viaggio in tre tappe alla scoperta di come funzionano e come sono costruiti i processori, mentre in questo numero vedremo come l’unione di questi transistor crei i processori moderni, ripercorrendo l’evoluzione dai primi semplici modelli contenenti poche centinaia di essi ai mostri da 2 miliardi di singoli transistor che albergano nei nostri personal computer. Inizialmente le dimensioni fisiche di un processore non erano un fattore limitante nel progetto e nella ricerca. I primi modelli, parliamo ad esempio del 4004 di Intel, erano infatti costituiti da poche centinaia di transistor, circuiti tanto semplici (paragonati a quelli di oggi) che potevano anche essere disegnati a mano (cosa effettivamente fatta da Intel per i propri primi modelli). Il primo processore Intel di tipo monolitico, di cui parliamo diffusamente a fianco fu il 4004, dal quale derivarono logicamente tutti i modelli dell’azienda, fino ad arrivare ai Core i7 di ultima generazione.

Quel particolare chip, progettato nel 1971, aveva 2.300 transistor e, completo, occupava un’area di circa 12 mm2 consumando a pieno carico 0,6 watt. I transistor, costruiti con una tecnica basilare su substrato di silicio, erano prodotti con la prima tecnologia in grado di offrire capacità  di ingegnerizzazione tali da rendere possibile la costruzione di chip monolitici funzionanti: parliamo della Self-Aligned Gate su logica Cmos. Come abbiamo visto nella prima parte un singolo transistor è composto da source, drain e gate, realizzati drogando opportunamente il silicio per renderlo più o meno conduttivo a seconda delle necessità .

Per realizzare un circuito complesso è necessario connettere direttamente il drain di un transistor con il source o il gate del successivo, in modo da realizzare porte And, Not o Or in base alle necessità . Il Self-Aligned Gate ha rappresentato all’inizio degli anni ’70 il metodo rivoluzionario con il quale effettuare tali connessioni, superando il concetto di base con il quale source, drain e gate erano oggetti distinti e non modificabili e creando la capacità  di rendere il drain di un transistor il gate del successivo, facendo da testa di ponte per le tecnologie successive che hanno portato i transistor a evolversi in maniera graduale fino alla fine degli anni 2000, quando i limiti fisici di tali tecniche divennero evidenti e resero necessarie altre tecnologie per poter evolvere oltre. (…)

Trovate l’articolo completo su PC Professionale di luglio 2015

Nessun Articolo da visualizzare