I microprocessori, cuore pulsante dei computer e gadget moderni, sono una delle invenzioni più stupefacenti del XX secolo. Inizialmente, le macchine calcolatrici erano enormi e composte da un insieme vasto e complesso di tubi a vuoto e componenti elettronici separati. La svolta avvenne con l’introduzione dei circuiti integrati, piccole “città” di componenti elettronici su un unico substrato di materiale semiconduttore.
Un circuito integrato (IC) è come una metropoli di transistor, resistenze, e capacità costruita su una minuta lastra di silicio, il secondo elemento più abbondante sulla terra dopo l’ossigeno. In una piccolissima area potremmo trovare migliaia, o oggi addirittura miliardi, di questi componenti microscopici. Il transistor, partendo come una struttura grossa diverse centinaia di volte, si è ridotto a dimensioni decisamente minute.
La prima grande evoluzione fu il microprocessore a singolo-core. “Core” significa nucleo, ed è il termine usato per indicare l’unità di elaborazione principale che esegue i calcoli. Nei primi tempi, il microprocessore aveva solo un core, il che significava che poteva elaborare un’operazione per volta. Tuttavia, la tecnica di miniaturizzazione ha permesso agli ingegneri di aumentare la velocità con cui questi singoli-core lavoravano.
Ma, la fisica pone dei limiti, e la velocità di un singolo-core non poteva aumentare all’infinito a causa dell’eccessivo calore generato da velocità di clock sempre più elevate. Ecco quindi l’avvento dei microprocessori multi-core, che ricorda un po’ l’organizzazione di un team ben coordinato. Invece di affidare tutto il lavoro a un solo nucleo super rapido e che si surriscalda facilmente, perché non suddividere il lavoro in più parti, assegnando ogni pezzetto a un nucleo diverso?
Un chip multi-core possiede più di un core – due (dual-core), quattro (quad-core), otto (octa-core), e così via. Questo significa che il microprocessore può eseguire diverse operazioni in parallelo o gestire diversi programmi simultaneamente con una maggiore efficienza energetica. Una semplice analogia potrebbe essere quella di una cucina: piuttosto che avere un solo chef che prepara diverse portate una dopo l’altra, avremo più chef che lavorano contemporaneamente, ognuno su un piatto diverso.
I progressi nei processi di fabbricazione hanno reso possibile la costruzione di transistor su scala nanometrica, cioè una dimensione così piccola che stiamo parlando di pochi atomi di larghezza. Questo non solo ha permesso una maggiore densità di transistor per chip, ma ha anche ridotto il consumo energetico e il calore prodotto.
Un’altra innovazione importante è l’architettura dei chip. Per fare un esempio concreto, prendiamo l’architettura ARM, che trova impiego in molti dispositivi mobili. Questa architettura, a differenza di quella tradizionalmente usata nei computer, è progettata per ottimizzare il consumo di energia. Con la crescente importanza di smartphone, tablet, e dispositivi indossabili, l’efficienza energetica si è affermata come uno degli aspetti cruciali del design di un microprocessore.
La marcia di progresso tecnologico ci ha portato verso un futuro in cui la potenza di calcolo e l’efficienza energetica vanno di pari passo, aprendo la strada a nuove ed eccitanti possibilità come l’intelligenza artificiale, il machine learning, la realtà aumentata e molti altri avanzamenti che stanno modellando il nostro mondo. Con i microprocessori che continuano a evolversi, ci si può solo chiedere quale sarà il prossimo grande salto tecnologico che cambierà tutto di nuovo.
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