Ao discutirmos novas tecnologias de processo, constantemente mencionamos os transistores como componentes-chave que determinam o desempenho e o consumo de energia dos chips. Ao mesmo tempo, cada elemento do chip é importante à sua maneira e pode ser considerado fundamental. Hoje, a Intel anunciou o desenvolvimento de uma nova geração de capacitores — componentes essenciais para a operação estável e o fornecimento de energia dos chips. Assim como os transistores, eles também precisam ser miniaturizados para se adequarem às novas tecnologias de processo.
Capacitores Omni MIM no processo 18A da Intel. Fonte da imagem: Intel Foundry
De acordo com os desenvolvedores da Intel Foundry, sua divisão de fabricação de chips sob contrato, os capacitores integrados de próxima geração podem ser considerados um avanço significativo nas tecnologias de distribuição de energia para chips na era da IA. Isso envolve o desenvolvimento de uma nova geração de capacitores MIM (metal-isolante-metal), que podem melhorar drasticamente a estabilidade de energia em processadores atuais e futuros. Segundo uma publicação no blog da Intel Community, esses capacitores demonstram um aumento de quase três vezes na densidade de capacitância em comparação com as soluções existentes, sem complicar o processo de fabricação.
À medida que os transistores se tornam menores e o consumo de energia dos chips de IA e HPC aumenta, o desafio de fornecer energia estável se torna cada vez mais crítico. Surtos repentinos de carga causam quedas de tensão, e bilhões de transistores em um processador podem estar chaveando simultaneamente, cada um “dizendo” “Dê!”. Ruído também é gerado nos circuitos, o que leva à redução da eficiência. Tradicionalmente, os capacitores de desacoplamento resolvem esse problema atuando como “reservatórios de carga” locais: eles fornecem corrente instantaneamente durante os picos de demanda e absorvem o excesso de corrente quando a carga diminui.
Os novos materiais MIM apresentados pela Intel oferecem densidades de capacitância de 60 a 98 fF/µm² (dependendo da seleção dos componentes), o que é três ou mais vezes maior que os valores atuais, mantendo níveis de fuga extremamente baixos — três ordens de magnitude menores que os requisitos da indústria.
Em um trabalho apresentado anteriormente na conferência IEDM 2025, a Intel identificou trêsMateriais promissores para estruturas MIM incluem óxido de háfnio-zircônio ferroelétrico (HZO), dióxido de titânio (TiO₂) e titanato de estrôncio (STO). Esses materiais são integrados em estruturas de “trincheira” padrão na parte posterior do cristal, tornando a tecnologia compatível com os processos existentes. Externamente, a estrutura se assemelha a um cilindro com uma haste interna e um dielétrico entre elas. Essa estrutura de capacitor é essencialmente de camada única, simplificando a fabricação. A Intel está atualmente utilizando a tecnologia de fabricação de capacitores Omni MIM, ilustrada na imagem acima.
Com esses novos materiais, a Intel Foundry espera melhorar significativamente o desempenho por watt de chips para data centers, dispositivos móveis e aceleradores de IA, onde os requisitos de potência e densidade de transistores estão crescendo exponencialmente. Cada um dos três materiais representa o primeiro uso em larga escala de ferroelétricos como materiais dielétricos. Esses materiais alteram seu valor de capacitância sob a influência de um campo externo, mantendo parâmetros estáveis.
As propriedades dielétricas aprimoradas dos novos materiais permitem que os capacitores permaneçam estáveis a temperaturas de até 90 °C por 400.000 segundos, estabilizando o fornecimento de energia aos transistores e ao próprio chip durante esse período. As projeções indicam que os transistores com os novos capacitores terão 10 anos de operação contínua sem falhas, mesmo com sobretensão constante, o que será interessante para overclockers.
Cada um dos três materiais encontrará seu nicho: o HZO representa uma opção prática para o futuro próximo, oferecendo boa confiabilidade e fácil integração.O TiO₂ representa o próximo passo, oferecendo maior capacitância e excelente desempenho em alta tensão. O STO, por outro lado, proporciona densidade de capacitância máxima e foi projetado para aplicações em que alcançar a maior capacitância possível é uma prioridade.
Nesta próxima fase, os especialistas da Intel desenvolverão tecnologias de processo que ajudarão a integrar a produção de capacitores MIM com novos materiais às tecnologias de processo existentes. Você pode ler mais sobre isso no blog da Intel Foundry.