Onorare Robert Dennard, il padre del dramma

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• Onorare Robert Dennard, il padre di DRAM
• Dal DRAM allo scaling MOSFET

Non tutti hanno l'opportunità di raggiungere l'immortalità da un risultato nella loro carriera. Il dottor Robert Dennard ha avuto due possibilità e, grazie a loro, il mondo della tecnologia è diventato il juggernaut che è oggi.

Oltre a ideare il processo sottostante per la memoria dinamica ad accesso casuale, meglio conosciuta come DRAM, Dennard ha anche proposto la teoria del ridimensionamento che ha permesso di miniaturizzare le lunghezze dei canali dei transistor a effetto di campo a semiconduttore di ossido di metallo, o MOSFET, fino a dimensioni mai prima pensato possibile - ora solo pochi nanometri.

Per entrambi questi traguardi, avvenuti nel primo decennio di una carriera che dura da circa 50 anni, Dennard è stato nominato lo scorso novembre Premio di Kyoto nel 2013 in Tecnologia Avanzata, un onore che è accompagnato da una medaglia d'oro da 20 carati, un dono in denaro di 50 milioni di yen (circa $ 500.000) e un diploma "in riconoscimento dei contributi permanenti alla società". Ma Dennard, che ha parlato con me all'inizio di questa settimana da San Diego, dove è stato invitato e tenuto durante il Simposio sul Premio di Kyoto, non è partito con aspirazioni così elevate.

Ingegnere ingegnere

Dopo essere nato a Terrell, in Texas, nel 1932 e aver conseguito la laurea in ingegneria elettrica presso la Southern Methodist University a metà degli anni '50, e il suo dottorato di ricerca nello stesso campo presso il Carnegie Technical Institute (ora Carnegie Mellon University) nel 1958, ha aderito IBM come ingegnere del personale nella Divisione Ricerca di IBM, dove, ammette, i suoi inizi furono umili.

"Stavo solo imparando i principi di base e ottenendo quella che era una vasta istruzione, ma non molto", ha detto. "I tubi a vuoto, ecco cosa ci hanno insegnato. Le cose che ci hanno insegnato erano state completamente sostituite. È stata una transizione meravigliosa che ho avuto l'opportunità di essere dall'altra parte."

Ma divenne presto chiaro che c'erano molte opportunità per le persone che erano all'avanguardia di questa tecnologia. "Abbiamo iniziato subito sognando ciò che i computer potevano realizzare", ha detto. "Ecco perché ci hanno assunto. I computer erano iniziati, ma avevamo appena superato i tubi a vuoto: erano stati progettati i primi strumenti a transistor. C'era questa nuova cosa, il diodo a tunnel o il diodo Esaki, che era stato inventato. Abbiamo perseguito molte alternative diverse con alcune davvero strane, lavorando con le microonde. Ma alla fine ho avuto l'opportunità di entrare nel programma di microelettronica e sviluppare la tecnologia MOS che sarebbe diventata CMOS, che è la tecnologia dominante di oggi."

Ramping Up DRAM

Innanzitutto, un breve riepilogo: normalmente, i MOSFET sono disponibili in due diversi tipi di transistor, NMOS (canale n), che forma un canale conduttore e attiva il transistor quando viene posizionata una tensione positiva sull'elettrodo di gate o PMOS (canale p), che fa il contrario. Nel 1963, Frank Wanlass di Fairchild Semiconductor adattò questo lavoro al CMOS (MOS complementare), un progetto di circuito integrato che utilizza entrambi i tipi di transistor per formare un gate che non utilizza alcuna energia fino a quando i transistor non cambiano.

Sebbene i progressi di Wanlass (sviluppò anche i primi circuiti integrati MOS commerciali nel 1963) alla fine si dimostrarono strumentali nella ridefinizione della memoria del sistema di Dennard, Dennard non prese una strada semplice fino a quel punto. La RAM, che funge da spazio temporaneo per la conservazione dei dati nel processo computazionale, era in uso a metà degli anni '60, ma era in un sistema ingombrante e assetato di energia di fili e magneti che rendeva difficile l'uso nella maggior parte delle applicazioni. Una volta che Dennard decise di risolvere il problema nel dicembre del 1966, non ci volle molto per cambiare.

"Ho avuto più esperienza in campo magnetico rispetto ai semiconduttori", ha detto. "Ho sentito un discorso su ciò che i ragazzi della magnetica stavano cercando di fare per estendere la tecnologia. Questi ragazzi avrebbero fatto una fabbricazione davvero a basso costo su tutta questa faccenda andando a una tecnologia laminata… Sono rimasto stupito da come questa cosa era semplice, rispetto ai dispositivi a sei MOS che usavamo per fare la stessa cosa. Continuavo a pensare in quel modo mentre tornavo a casa quella sera. Avevano un paio di fili e il nostro ne aveva quattro, cinque o forse sei fili che collegano le cose insieme. Esiste un modo più semplice per farlo?"

"Un transistor MOS è, fondamentalmente, il suo concerto è come un condensatore", ha continuato Dennard. "Il gate del transistor stesso può immagazzinare carica e, se non lo fai perdere, può rimanere lì per un bel po 'di tempo." Pertanto, ragionò Dennard, dovrebbe essere possibile memorizzare i dati binari come una carica positiva o negativa su un condensatore. "In sostanza quella sera ho sviluppato la cella DRAM per due o tre transistor. Ma non ero felice di tagliare da sei transistor a solo tre transistor. Perché non riesco a ottenere qualcosa di più semplice? Non volevo nemmeno mettere un terzo transistor ".

"Ho trascorso un paio di mesi davvero ad analizzare questo, e come funziona e cercando di capire un modo migliore. E un giorno ho scoperto che avrei potuto scrivere questa cella di memoria attraverso questo primo transistor, che era davvero di base, nel condensatore - ma allora ho potuto riaccendere questo transistor e scaricarlo nella linea di dati originale da cui proveniva. Non era possibile prima, ma ha funzionato con i transistor MOS. Sono stato contento di quel risultato."