Costruire chip in garage è possibile: ecco l'impresa di un ragazzo di 22 anni

Un ragazzo di 22 anni ha documentato sul suo canale YouTube come è riuscito ad assemblare in casa un chip con 1200 transistor. Si chiama Sam Zeloof e risiede nel New Jersey, non molto lontano dal luogo in cui è stato prodotto il primo transistor della Bell Labs nel 1947. "Forse sono troppo ottimista, ma se penso che un altro essere umano è stato in grado di farlo allora posso riuscirci anche io, anche se forse impiegherò un po' di tempo in più" ha detto Zeloof, secondo quanto si apprende su Wired.

I privati possono venire in soccorso del sistema industriale?

Il ragazzo, che si diletta con la costruzione di chip da quando era un adolescente, è riuscito a modellare i wafer usando luce ultravioletta e immergendoli a mano nell'acido. Zeloof aveva già realizzato un chip quando andava ancora a scuola, nel 2018. Il suo secondo chip ha 200 volte più transistor del primo e, sebbene sia molto meno performante di un chip prodotto industrialmente, si può dire che vanta un tasso di miglioramento superiore a quello contemplato dalla famosa Legge di Moore.

Il prossimo passo prevede di eguagliare la complessità del chip 4004 di Intel: prodotto nel 1971, è stato il primo microprocessore industriale con 2300 transistor, e venne utilizzato in calcolatrici e nelle prime macchine industriali.

A ispirare Sam Zeloof è stata Jeri Ellsworth, ingegnere elettronico ed esperta di dispositivi di realtà aumentata che in passato ha lavorato per Valve, prima di essere licenziata all'interno di un percorso di riorganizzazione interna dell'azienda. La Ellsworth ha un canale YouTube dove mostra come sia possibile realizzare e far funzionare dei chip servendosi di oggetti di fortuna. Oggi è CEO di una startup, Tilt Five, che si occupa proprio di realtà aumentata. "È molto bello ricordare al mondo che questi settori che apparentemente sono ad appannaggio solo delle grandi multinazionali sono partiti da posti ben più modesti, dai garage, e che ciascun individuo può sperimentare" ha detto la Ellsworth.

La fabbricazione di chip per computer viene considerata come uno tra i processi di produzione più difficili e precisi. La moderna fabbricazione dei chip avviene in strutture i cui costosi sistemi di tipo HVAC rimuovono ogni traccia di polvere che potrebbe danneggiare i macchinari dal valore di svariati milioni di dollari. Naturalmente Zeloof non poteva dotarsi di macchinari di questo tipo e, per compensare, ha iniziato a studiare la produzione di chip come avveniva negli anni '60 e '70, quando gli ingegneri di aziende pionieristiche come Fairchild Semiconductor realizzavano chip su normali banchi di lavoro.

Zeloof ha dovuto acquistare una serie di attrezzature per poter completare il suo progetto. Su eBay e altri e-commerce ha trovato diversi utensili degli anni '70 e '80 che un tempo appartenevano a società tecnologiche con sede in California, nel corso degli anni sono andate incontro al fallimento. Una delle migliori scoperte di Zeloof è stato un microscopio elettronico rotto che valeva 250 mila dollari all'inizio degli anni '90, mentre a lui è costato circa mille dollari. Lo usa per ispezionare i suoi chip alla ricerca dei difetti.

Uno dei processi indispensabili per la creazione di un chip è la fotolitografia, la quale necessita di macchine molto costose (circa 150 milioni di dollari). La fotolitografia è alla base del passaggio dai design dei semiconduttori ai circuiti stampati. Implica il rivestimento del chip di materiale fotosensibile e l'utilizzo di un dispositivo come un proiettore a grandissima precisione per la creazione di un modello destinato a guidare le successive fasi di elaborazione.

Per ovviare a queste limitazioni, Zeloof ha installato un microscopio su un proiettore per conferenze e rivestito i suoi wafer con materiale sensibile alla luce ultravioletta. Se il suo primo chip, lo Z1, si componeva di soli 6 transistor, già a partire dalla seconda generazione, lo Z2, Zeloof ha utilizzato un tipo di transistor a commutazione basato su wafer composti da una forma di silicio cristallino nota come polisilicio, che l'industria dei semiconduttori ha utilizzato a partire dagli anni '70.

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Ogni chip viene inciso con acido e cotto in una fornace a circa 1.000 gradi Celsius, processo che serve per regolare la conduttività degli atomi in fosforo. Poi servono almeno altri tre passaggi di fotolitografia e uno in una camera a vuoto riempita di plasma viola brillante per incidere il polisilicio. Si tratta di passaggi che vengono impiegati anche dall'attuale produzione di semiconduttori.

Zeloof dice di non aver ancora deciso cosa fare dopo la laurea questa primavera, ma sta valutando come il chipmaking fai-da-te possa contribuire al moderno ecosistema tecnologico. Come noto, la crisi delle materie prime ha impattato grandemente la produzione di chip: i privati possono in qualche modo venire in soccorso del sistema industriale? Molto è cambiato rispetto al passato e apparecchiature di robotica e stampanti 3D sono ormai alla portata dei cittadini comuni. "Nonostante questi progressi, i chip vengono ancora prodotti nelle grandi fabbriche", ha detto Zeloof. "Non ci sono progressi nel rendere la produzione di chip alla portata di tutti".

Jei Ellsworth aggiunge che potrebbe essere utile consentire la produzione privata di chip di alta qualità. "Gli strumenti che abbiamo oggi potrebbero rendere i processi alla portata di operazioni su piccola scala e per alcuni problemi penso che abbia molto senso", afferma. La Ellsworth afferma che la tecnologia dei chip considerata obsoleta per le principali fabbriche può ancora essere utile per progetti su piccola scala e operazioni fai da te. Certo, sarà difficile potersi costruire una PlayStation 5 con le proprie mani, ma per operazioni di calcolo minori certe competenze potrebbero diventare preziose.

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