Honrando robert dennard, o pai de dram

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• Em homenagem a Robert Dennard, o pai da DRAM
• De DRAM para MOSFET Scaling

Nem todo mundo tem a oportunidade de alcançar a imortalidade a partir de uma conquista em sua carreira. O Dr. Robert Dennard teve duas chances - e por causa delas, o mundo da tecnologia se tornou o grande obstáculo que é hoje.

Além de conceber o processo subjacente para a memória dinâmica de acesso aleatório, mais conhecida como DRAM, Dennard também propôs a teoria de dimensionamento que tornou possível miniaturizar os comprimentos de canal de transistores de efeito de campo semicondutores de óxido de metal, ou MOSFETs, em tamanhos nunca antes pensado possível - agora apenas alguns nanômetros.

Por ambas as realizações, que ocorreram na primeira década de uma carreira de mais de 50 anos, Dennard foi nomeado Laureado do Prêmio Kyoto de 2013 em Tecnologia Avançada em novembro passado, uma honra que é acompanhada por uma medalha de ouro de 20 quilates, um presente em dinheiro de 50 milhões de ienes (aproximadamente US $ 500.000) e um diploma "em reconhecimento às contribuições vitalícias para a sociedade". Mas Dennard, que falou comigo no início desta semana em San Diego, onde estava sendo festejado e lecionando como parte do Simpósio do Prêmio de Kyoto, não começou com aspirações tão elevadas.

Engenharia do Engenheiro

Depois de nascer em Terrell, Texas, em 1932, e receber seu bacharelado e mestrado em Engenharia Elétrica pela Southern Methodist University em meados dos anos 50, e seu doutorado no mesmo campo do Carnegie Technical Institute (atual Carnegie Mellon University) em 1958, ingressou na A IBM como engenheira da Divisão de Pesquisa da IBM, onde, ele admite, seu começo foi humilde.

"Eu estava apenas aprendendo os princípios básicos e recebendo o que era uma educação ampla, mas não muito", disse ele. "Tubos de vácuo, foi o que fomos ensinados. As coisas que foram ensinadas estavam sendo totalmente substituídas. Foi uma transição maravilhosa da qual tive a oportunidade de estar do outro lado."

Mas rapidamente ficou claro que havia muitas oportunidades para as pessoas que estavam na vanguarda dessa tecnologia. "Começamos imediatamente sonhando com o que os computadores poderiam realizar", disse ele. "Foi por isso que eles nos contrataram. Os computadores começaram, mas tínhamos acabado de passar por tubos de vácuo - os primeiros instrumentos de transistor estavam sendo projetados. Havia uma coisa nova: o diodo de túnel ou o diodo de Esaki que havia sido inventado. Buscamos muitas alternativas diferentes com algumas realmente estranhas, computando com microondas. Mas, finalmente, tive a oportunidade de entrar no programa de microeletrônica e desenvolver a tecnologia MOS que se tornaria CMOS, que é a tecnologia dominante atualmente ".

Aumentando a DRAM

Primeiro, uma breve recapitulação: normalmente, os MOSFETs vêm em dois tipos diferentes de transistor, NMOS (canal n), que forma um canal condutor e liga o transistor quando a tensão positiva é colocada no eletrodo de porta, ou PMOS (canal p), que faz o oposto. Em 1963, Frank Wanlass, da Fairchild Semiconductor, adaptou esse trabalho ao CMOS (MOS complementar), um projeto de circuito integrado que usa os dois tipos de transistores para formar um portão que não usa energia até que os transistores mudem.

Embora os avanços de Wanlass (ele também tenha desenvolvido os primeiros circuitos integrados comerciais do MOS em 1963) acabariam se revelando instrumentais na redefinição da memória do sistema de Dennard, Dennard não seguiu um caminho direto para esse ponto. A RAM, que serve como um espaço temporário para armazenar dados no processo computacional, estava em uso em meados da década de 1960, mas estava em um sistema pesado de energia e fios, com fios e ímãs, que dificultava o uso na maioria das aplicações. Uma vez que Dennard decidiu resolver o problema em dezembro de 1966, não demorou muito para que isso mudasse.

"Eu tinha mais experiência em magnética do que em semicondutores", disse ele. "Eu ouvi uma palestra sobre o que os caras da magnética estavam tentando fazer para estender a tecnologia. Esses caras fariam uma fabricação realmente de baixo custo com tudo isso usando uma tecnologia laminada… Fiquei surpreso com a forma como era simples, comparado com os dispositivos de seis MOS que estávamos usando para fazer a mesma coisa.Eu continuei pensando assim quando fui para casa naquela noite.Eles tinham alguns fios e os nossos quatro, cinco ou talvez seis fios conectando as coisas. Existe uma maneira mais básica de fazer isso?"

"Um transistor MOS é, basicamente, seu show como capacitor", continuou Dennard. "O portão do transistor em si pode armazenar carga e, se você não vazar, pode permanecer lá por um longo tempo". Portanto, argumentou Dennard, deveria ser possível armazenar dados binários como carga positiva ou negativa em um capacitor. "Essencialmente naquela noite, desenvolvi a célula DRAM para dois ou três transistores. Mas não fiquei feliz em cortar de seis transistores para apenas três transistores. Por que não consigo algo mais simples? Eu nem queria para colocar um terceiro transistor ".

"Passei alguns meses realmente analisando isso, e como funciona e tentando descobrir uma maneira melhor. E um dia, descobri que podia escrever essa célula de memória através do primeiro transistor, que era realmente básico, no capacitor - mas então pude ligar novamente esse transistor e descarregá-lo na linha de dados original de onde veio. Isso não era possível antes, mas funcionava com os transistores MOS. Fiquei feliz com esse resultado ".