Cosa sono i nanometri e perché sono così importanti per i processori? Scott Lang è intrappolato e trova un modo per fuggire. Improvvisamente indossa la sua tuta di Ant-Man, mette una particella Pym nella sua cintura e preme il pulsante che lo fa rimpicciolire come se non ci fosse un domani. C’è un momento in cui è così piccolo che le sue dimensioni possono essere misurate solo in nanometri e anche se continua, ci fermeremo lì. Nessuna speculazione o fantasia, nessun mondo quantistico o viaggio nel tempo.
Perché i nanometri sono proprio questo, un’unità di misura, e il suo nome è stato a lungo importante nel descrivere le prestazioni dei processori, sia mobili che desktop. E anche se può sembrare strano, più piccolo, in questo caso, è uguale a meglio, anche se ci sono sempre sfumature. Diamo un’occhiata a cosa sono esattamente i nanometri e come influenzano le prestazioni del processore.
Cosa intendiamo quando parliamo di nanometri?
La corsa ai nanometri è una delle gare più importanti che si svolgono nel mondo dei processori oltre ad altre come l’intelligenza artificiale o la frequenza di clock. L’ultima generazione di chip mobili, ad esempio, è costruita utilizzando processi a cinque nanometri, e tutto fa pensare che alla fine di quest’anno faremo un nuovo passo avanti, scendendo di un nuovo gradino a quattro nanometri.
Quando parliamo di nanometri in un processore, ci riferiamo alle dimensioni dei suoi componenti più piccoli, i transistor che costituiscono la stragrande maggioranza della sua superficie. Per renderli sempre più piccoli, è sempre più necessario sviluppare macchine in grado di eseguire il processo, e allo stesso tempo sviluppare tecniche che evitino i problemi logici di avere componenti di queste dimensioni.
Un nanometro è un miliardesimo di metro, un 10 elevato a -9, per darci un’idea. Per essere consapevoli delle sue dimensioni, un millimetro contiene un milione di nanometri. Ecco quanto è piccolo un nanometro. Ciò significa che gli ultimi transistor prodotti, ad esempio, per lo Snapdragon 888 o l’Apple A14 Bionic, misurano 5 volte quella dimensione. In altre parole, sono 200.000 volte più piccoli di un millimetro. È una cifra scandalosa.
La produzione di componenti così piccoli non richiede solo macchinari sempre più avanzati, ma significa anche che ci troviamo di fronte a problemi come il fatto che un atomo di elio misura 0,1 nanometri. Quindi un transistor nello Snapdragon 888 misura l’equivalente di 50 atomi di elio. È parecchio. E il numero continua a diminuire di generazione in generazione fino a quando non abbiamo altra scelta che ricorrere all’informatica quantistica.
Ecco come funziona un processore, grosso modo
Senza entrare in questioni eccessivamente tecniche che solo pochi capirebbero (e io non sarei tra questi), un processore è una complessa rete di transistor collegati in modo tale da essere in grado di eseguire operazioni matematiche molto complesse. L’elettricità attraversa la superficie del processore e i problemi vengono eseguiti alla massima velocità, perché l’elettricità è la madre di tutto.
Tutto questo è molto più complesso perché nel processore ci sono memorie per immagazzinare dati, centraline che coordinano ogni componente, e il famoso clock interno che determina i GHz del processore (ogni hertz è un’attivazione del processore al secondo, un gigahertz è un miliardo di attivazioni al secondo). Ma in poche parole, ecco come funziona e come è costruito.
Si parla di codice binario in una moltitudine di istanze tecnologiche, ed è così anche nel mondo dei processori. L’elettricità attraversa i transistor che eseguono le operazioni e quando la luce passa attraverso uno, si accende e abbiamo uno, e quando non lo fa, si spegne e abbiamo uno zero. E così, tra zero e uno, il processore esegue ciascuna delle sue operazioni.
Capire questo è la chiave per capire l’importanza dei nanometri perché più piccolo è il transistor, più velocemente l’energia lo attraverserà e, quindi, più velocemente risolverà le equazioni poste dall’algoritmo che stiamo cercando di eseguire su di esso. Quindi abbiamo già il primo dei tasti, riducendo i transistor riduciamo anche la distanza che la luce percorre mentre il processore funziona. Quindi aumentiamo la potenza di elaborazione del processore e ne approfittiamo anche per ridurre il consumo energetico.
D’altra parte, produrre transistor sempre più piccoli significa che occupano meno spazio e, quindi, possiamo inserire più transistor nella stessa area, oppure possiamo mantenere lo stesso numero di transistor ma il processore diventa più piccolo. Sebbene quest’ultimo non avvenga praticamente mai, e ogni nanometro perso nella produzione aumenta la densità di ciascun processore. Quindi abbiamo già la seconda chiave: transistor più piccoli equivalgono a più transistor per processore e una maggiore capacità di risolvere equazioni. In altre parole, ancora più potenza.
Quindi concludiamo che ridurre le dimensioni dei transistor grazie a una nuova tecnologia di produzione consente di aumentare la loro potenza grezza. Poi ci sono mille e un altro fattori che decidono cosa si fa con questo aumento di potenza e ci troviamo con chip più o meno efficienti in termini di energia o di esecuzione del codice, ma il riassunto arriva a questo: più piccolo, più potente . Il mondo sottosopra.