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A partir da esquerda: Ghani, Mistry, Chau e Bohr da Intel com um wafer de microprocessadores de 45 nanômetros

Enquanto você lê isto, duas de nossas fábricas mais avançadas aqui na Intel estão se preparando para a produção comercial dos mais recentes microprocessadores Core 2, de codinome Penryn, que devem começar a sair das linhas antes do final do ano. Os chips, baseados em nossa mais recente tecnologia de processo CMOS de 45 nanômetros, terão mais transistores e funcionarão mais rápido e mais frio do que os microprocessadores fabricados com a geração anterior de processo de 65 nm. Para aplicativos de música, vídeo e jogos com uso intensivo de computação, os usuários verão um grande aumento de desempenho em relação aos melhores chips que estão usando agora.

Um desenvolvimento bem-vindo, mas dificilmente uma grande notícia, certo? Afinal, a densidade dos transistores nos chips dobra periodicamente, conforme previsto pela Lei de Moore, há mais de 40 anos. Os chips Penryn iniciais serão processadores dual-core com mais de 400 milhões de transistores ou processadores quad-core com mais de 800 milhões de transistores. Você pode pensar que esses chips não representam nada além de mais um ponto de verificação na marcha inexorável da Lei de Moore.

Mas você estaria errado. Os chips não teriam sido possíveis sem um grande avanço na forma como construímos um componente-chave dos transistores infinitesimais nesses chips, chamado de pilha de portas. O problema básico que tivemos de superar foi que, há alguns anos, ficamos sem átomos. Literalmente.

Para manter a curva da Lei de Moore, precisamos reduzir pela metade o tamanho de nossos transistores a cada 24 meses ou mais. A física dita que as menores partes desses transistores devem ser diminuídas por um fator de 0,7. Mas há uma parte crítica do transistor que descobrimos que não poderíamos mais encolher. É a fina camada de isolamento de dióxido de silício (SiO2) que isola eletricamente a porta do transistor do canal através do qual a corrente flui quando o transistor está ligado. Essa camada isolante foi reduzida e reduzida a cada nova geração, cerca de dez vezes desde meados da década de 1990. Duas gerações antes de Penryn, aquele isolamento tinha apenas cinco átomos de espessura.

Não poderíamos reduzir nem mais um décimo de nanômetro — um único átomo de silício tem 0,26 nm de diâmetro. Mais importante, com uma espessura de cinco átomos, o isolamento já era um problema, desperdiçando energia ao deixar chover elétrons através dele. Sem uma inovação significativa, a indústria de semicondutores corria o risco de encontrar o temido "destruidor", o tão esperado problema intransponível que encerra a era da Lei de Moore de ganhos exponenciais periódicos de desempenho em memórias, microprocessadores e outros chips - e os tempos muito bons que foram com ele.

A solução para essa última crise passou por engrossar o isolante com mais átomos, mas de tipo diferente, para dar-lhe melhores propriedades elétricas. Este novo isolador funciona bem o suficiente para deter a chuva de elétrons sugadores de energia que tem atormentado os chips avançados nos últimos quatro anos. Se a Lei de Moore desmoronar em um futuro previsível, não será por causa do isolamento inadequado do portão. O cofundador da Intel, Gordon Moore, famoso por Moore's Law, chamou as alterações que fizemos na introdução desta última geração de chips de "a maior mudança na tecnologia de transistores" desde o final dos anos 1960.

Por mais difícil que tenha sido encontrar o novo isolador, isso foi apenas metade da batalha. O objetivo do isolador é separar a porta de silício do transistor do resto do dispositivo. O problema é que uma porta de silício não funcionou com o novo material isolante. Os transistores iniciais feitos com eles tiveram um desempenho pior do que os transistores mais antigos. A resposta foi adicionar mais um novo material à mistura, trocando a porta de silício por uma de metal.

Pode não parecer grande coisa mudar os materiais usados ​​em um transistor, mas foi. A indústria passou por uma grande reviravolta há vários anos, quando trocou as interconexões de alumínio pelas de cobre e - ao mesmo tempo - do revestimento de SiO2 para essas interconexões por dielétricos "low-k" quimicamente semelhantes. E essas mudanças não tiveram nada a ver com o próprio transistor. Uma mudança fundamental na composição do transistor é praticamente inédita. A combinação do portão e do isolador, a pilha do portão, não mudou significativamente desde que Moore, Andrew S. Grove e outros a descreveram nesta revista em outubro de 1969!