Prima di procedere
Intel ha annunciato una svolta significativa nel campo dei condensatori integrati, elementi cruciali per l'alimentazione e la stabilità dei chip, soprattutto nell'era dell'intelligenza artificiale. La divisione Intel Foundry, dedicata alla produzione conto terzi, ha sviluppato una nuova generazione di condensatori MIM (metallo-isolante-metallo) che promette di migliorare radicalmente l'efficienza dei processori moderni e futuri.
La miniaturizzazione dei transistor e l'aumento del consumo energetico dei chip per AI e HPC (High-Performance Computing) rendono sempre più critica la stabilità dell'alimentazione. Variazioni repentine del carico possono causare cali di tensione, considerando che un processore può avere miliardi di transistor che commutano simultaneamente. I condensatori di disaccoppiamento agiscono come riserve locali di carica, fornendo corrente istantanea durante i picchi di domanda e assorbendo l'eccesso quando il carico diminuisce.
I nuovi materiali MIM di Intel raggiungono una densità di capacità di 60–98 fF/µm² (femtoFarad per micrometro quadrato), un valore da tre a più volte superiore rispetto alle soluzioni attuali, mantenendo al contempo livelli di perdita estremamente bassi, inferiori di tre ordini di grandezza rispetto agli standard del settore. Questi risultati sono stati presentati in precedenza alla conferenza IEDM 2025.
Intel ha identificato tre materiali promettenti per le strutture MIM: l'ossido ferroelettrico di afnio-zirconio (HZO), il diossido di titanio (TiO₂) e il titanato di stronzio (STO). Questi materiali sono integrati in strutture a trincea standard sul retro del die, rendendo la tecnologia compatibile con i processi esistenti. La struttura del condensatore è essenzialmente monostrato, semplificando la produzione. Attualmente, Intel utilizza la tecnologia di produzione di condensatori Omni MIM.
Grazie a questi nuovi materiali, Intel Foundry prevede di aumentare significativamente le prestazioni per watt dei chip destinati a data center, dispositivi mobili e acceleratori di intelligenza artificiale, settori in cui la domanda di potenza e densità dei transistor cresce esponenzialmente. L'utilizzo di materiali ferroelettrici come dielettrici rappresenta una novità su larga scala. Questi materiali modificano il valore della capacità sotto l'azione di un campo esterno, mantenendo stabili i parametri impostati.
Le proprietà dielettriche migliorate dei nuovi materiali consentono ai condensatori di rimanere stabili anche a temperature di 90 °C per 400.000 secondi, stabilizzando l'alimentazione dei transistor e del chip stesso. Le proiezioni indicano una durata di 10 anni di funzionamento continuo senza guasti elettrici, anche con una tensione di esercizio costantemente superiore al normale, un vantaggio per gli appassionati di overclocking.
Ciascuno dei tre materiali troverà la sua applicazione specifica: HZO rappresenta una soluzione pratica a breve termine, con buona affidabilità e facile integrazione. TiO₂ rappresenta un ulteriore passo avanti, offrendo una capacità superiore e prestazioni eccellenti ad alta tensione. STO, infine, offre la massima densità di capacità ed è destinato alle applicazioni in cui la priorità è ottenere la capacità più elevata possibile.
Nella fase successiva, gli esperti di Intel svilupperanno processi tecnologici per integrare la produzione di condensatori MIM con i nuovi materiali nei processi esistenti. Ulteriori dettagli sono disponibili nel blog di Intel Foundry.
