Seu carro, seu celular, suas luzes de LED de Natal, até mesmo seu cartão de crédito – todos eles contêm chips eletrônicos feitos de semicondutores. Esses materiais manipulam o fluxo de eletricidade e fornecem a base para a eletrônica moderna.

Ao longo dos anos, o investimento americano nessa tecnologia essencial ficou para trás, mas o CHIPS and Science Act federal busca revigorá-lo. Aprovada em 2022, essa legislação fornece ao Departamento de Comércio dos EUA US$ 52 bilhões para gastar no setor de semicondutores. Para administrar o componente de pesquisa e desenvolvimento desse esforço, o departamento criou o National Semiconductor Technology Center (NSTC) , um consórcio formado por acadêmicos, indústria, governo e organizações sem fins lucrativos. Em novembro, Stanford se juntou ao NSTC como uma instituição acadêmica que conduz pesquisas relacionadas a semicondutores.

Em uma sessão de perguntas e respostas com o Stanford Report , H.-S. Philip Wong , professor Willard R. e Inez Kerr Bell na Escola de Engenharia , explica o que a associação ao NSTC significa para Stanford e como ela se baseia em um legado institucional de liderança neste campo.

O semicondutor é uma tecnologia fundamental que sustenta muitos avanços tecnológicos, e os economistas reconhecem os avanços na tecnologia como a força motriz mais importante para o desenvolvimento econômico.

Os EUA também reconhecem que isso é importante para a segurança nacional. Tecnologias de semicondutores que são vitais para o funcionamento diário do nosso país e das pessoas que vivem nele dependem de chips, como em qualquer lugar do mundo. Vimos isso durante a pandemia – a falta de chips levou a indústria automobilística a uma paralisação brusca.

Deveríamos sempre ser capazes de garantir nosso suprimento de chips. Para fazer isso, deveríamos a) trabalhar com aliados com ideias semelhantes e construir um ecossistema de fabricação robusto nos EUA e em países e regiões com ideias semelhantes, e b) fazer a pesquisa e o desenvolvimento para que possamos continuar a lançar novas gerações de chips.

Para fazer pesquisa e fazer chips, você precisa do equivalente a uma cozinha. Antes da década de 1980, os professores individuais precisavam ter sua própria cozinha. Mas isso mudou quando Stanford, no início dos anos 80, foi pioneira nesse conceito de uma instalação compartilhada que reduz o custo da pesquisa de chips e se torna um ponto de encontro para pesquisadores gerarem ideias. Assim como o conhecimento de como cozinhar, o conhecimento sobre como fazer chips pode ser compartilhado. Agora temos duas instalações complementares para dar suporte aos nossos pesquisadores: a Stanford Nanofabrication Facility e a Stanford Nano Shared Facilities .

Stanford também produziu tecnologia que a indústria usa atualmente para desenvolver e fabricar chips, como as ferramentas de simulação e modelagem que os professores de Stanford Jim Plummer e Robert Dutton desenvolveram. Há muitos outros exemplos de pesquisa em Stanford que chegaram à indústria e têm enorme impacto.

O NSTC concederá milhões em bolsas de pesquisa patrocinadas e, para aproveitar esse financiamento, você precisa ser um membro do consórcio. Stanford escolheu se tornar um membro porque queremos participar da pesquisa, não apenas para acessar esses recursos competitivos, mas, mais importante, para interagir com a comunidade mais ampla.

O NSTC estabelecerá três instalações principais, duas das quais foram anunciadas. Como membros, temos acesso a todas essas instalações.

A primeira instalação em Nova York fornecerá serviços para uma das etapas da fabricação, a saber, a litografia [na qual um padrão de circuito é transferido para a pastilha de silício que se tornará o chip].

A segunda instalação ficará na Califórnia, nas proximidades de Sunnyvale. Ela servirá como sede administrativa do NSTC e, dentro da mesma instalação, haverá um centro de pesquisa de design. Este local foi escolhido por meio de grandes esforços de empresas locais, bem como de Stanford e da Universidade da Califórnia, Berkeley, e outros parceiros universitários que defendem esse local. Ele beneficiará muito a pesquisa de Stanford porque muitos professores estão fazendo pesquisas sobre o design de chips.

O que ainda não foi anunciado é como a instalação de nanofabricação de Stanford, mas em escala industrial – maior, mais voltado para a indústria, com ferramentas mais sofisticadas e assim por diante.

Os chips sempre foram em duas dimensões. Estamos trabalhando nesse conceito de fazer chips tridimensionais.

Quanto mais transistores [interruptores elétricos em escala nanométrica] tivermos em um chip, mais funcional e energeticamente eficiente ele se torna. Temos perguntado: Como podemos espremer mais transistores em um chip minúsculo? Agora chega a um ponto em que a casa é tão pequena que as pessoas não querem mais morar nela. Como você consegue mais espaço para viver? Bem, vá para a terceira dimensão. Em vez de enfiar mais em uma casa térrea, construa prédios mais altos, no estilo Manhattan.

Fazer arranha-céus no lugar de casas 2D é um novo tipo de desafio. As instalações do NSTC, particularmente o centro de pesquisa de design, ajudarão com esse desafio.

Você provavelmente já ouviu falar que as pessoas estão interessadas em construir grandes data centers para treinar modelos de IA. Você provavelmente também já ouviu que esses grandes data centers usarão muita energia e que as empresas precisam de usinas nucleares. Obviamente, não é escalável. A nova geração de chips deve ter como objetivo reduzir o consumo de energia para esses tipos de aplicações.

Os novos chips também melhorarão a funcionalidade. Olhe para o seu telefone. Seu telefone hoje faz muito mais coisas do que seu telefone fazia há 10 anos. Melhorias nos chips tornaram isso possível.