L’ingente consumo energetico delle tecnologie dell’informazione è talvolta sottovalutato rispetto al consumo di altri settori industriali, tanto che si rende sempre più necessario l’impiego di elettronica ottimizzata per ridurre i consumi delle tecnologie dell’informazione che consumano già oggi una parte consistente del fabbisogno globale di energia, con una proiezione di crescita quasi esponenziale anche a causa dell’esplosione delle applicazioni di intelligenza artificiale. Energia che il più delle volte si trasforma in calore da smaltire, con i conseguenti impatti ambientali.
La riduzione del consumo energetico delle tecnologie informatiche attraverso transistor innovativi è l’obiettivo di un’ampia comunità tecnico-scientifica, che vede impegnato anche l’Università di Udine in collaborazione con il Mit di Boston, con lo sviluppo di nuovi transistor a ridotto consumo energetico.
«I transistor al silicio, utilizzati per amplificare e commutare i segnali, sono un componente fondamentale della maggior parte dei dispositivi elettronici, dagli smartphone alle automobili – spiega David Esseni di UniUd -. Ma la tecnologia dei semiconduttori al silicio è frenata da un limite fisico fondamentale alla riduzione della tensione di alimentazione dei circuiti integrati e quindi dell’energia dissipata. Questo limite, noto come “tirannia di Boltzmann”, ostacola l’efficienza energetica dei computer e di tutto il comparto delle tecnologie dell’informazione».
Nel tentativo di superare questo limite fondamentale dell’elettronica, i ricercatori del MIT hanno fabbricato un diverso tipo di transistor tridimensionale utilizzando un insieme unico di materiali semiconduttori ultrasottili. I dispositivi, costituiti da nanofili verticali larghi solo pochi nanometri, sono in grado di fornire prestazioni paragonabili a quelle dei transistori al silicio di ultima generazione, pur a tensioni molto più basse rispetto ai dispositivi convenzionali. Il gruppo di nanoelettronica di Udine ha svolto simulazioni di trasporto quantistico per i transistori a nanofilo, che hanno contribuito a comprendere e ottimizzare il funzionamento di questi sofisticati ed innovativi dispositivi nanoelettronici.
«Questi nuovi transistor – spiga ancora Esseni – sfruttano effetti di meccanica quantistica per ottenere contemporaneamente un funzionamento a bassa tensione e con prestazioni elevate in un’area di pochi nanometri quadrati. Le dimensioni estremamente ridotte dei transistori consentiranno di impacchettare un numero maggiore di transistori 3D in un chip per computer, ottenendo così un’elettronica veloce e potente, ma anche più efficiente dal punto di vista energetico. Ci sono ancora molte sfide da superare per rendere questi dispositivi idonei per una tecnologia industriale, ma i risultati pubblicati su Nature Electronics rappresentano una svolta nella prova di fattibilità di transistori che sfruttano proficuamente effetti di meccanica quantistica per migliorare le prestazioni energetiche».
Il gruppo di nanoelettronica dell’Università di Udine lavora da 15 anni sui dispositivi e circuiti elettronici per alta efficienza energetica, nel contesto di numerose collaborazioni nazionali ed internazionali con istituti di ricerca e industrie ad alta tecnologia. Queste ricerche sono state supportate da diversi progetti finanziati dalla Unione Europea o dal ministero dell’Università e ricerca italiano.
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