IBM a accompli un miracle pour l'industrie des semi-conducteurs.

IBM a officiellement annoncé la première technologie au monde capable de produire des puces plus petites que 1 nm, prolongeant ainsi la durée de vie de la loi de Moore d'au moins 10 ans.

Le 26 juin, IBM a officiellement annoncé ce qu'elle affirme être la première technologie au monde capable de produire des puces plus petites que 1 nm.

Ainsi, le nouveau prototype de puce d'IBM mesure seulement 0,7 nm et contient environ 100 milliards de transistors sur une surface de la taille d'un ongle. À titre de comparaison, cette densité est deux fois supérieure à celle de la technologie la plus avancée annoncée par l'entreprise en 2021.

Cette conception pourrait ouvrir la voie à des systèmes informatiques plus rapides et plus économes en énergie dans les années à venir.

Les scientifiques pensent même que cette nouvelle architecture pourrait un jour permettre la création de transistors aussi petits que 0,1 nm.

Un bond en avant historique

En 1963, alors qu'il travaillait chez Fairchild et occupait le poste de directeur de la recherche et du développement, Gordon Moore a écrit un chapitre décrivant ce qui allait devenir le précurseur de la célèbre loi du même nom.

Découverte en 1965, la loi de Moore est devenue le principe directeur du développement de la technologie des semi-conducteurs. Selon cette loi, le nombre de transistors sur une puce double tous les deux ans, tandis que la consommation d'énergie est divisée par deux.

La loi de Moore restera valable pendant au moins dix ans encore. Photo : Intel.

Moore a ensuite ajouté deux autres conséquences : les progrès technologiques rendraient la fabrication d’ordinateurs de plus en plus coûteuse, et les consommateurs finiraient par payer moins cher les ordinateurs car un grand nombre d’entre eux seraient vendus.

Un demi-siècle plus tard, la loi de Moore reste d'actualité. Lorsqu'Intel a lancé sa première puce de processeur au début des années 1970, celle-ci ne comportait que 2 000 transistors, alors qu'aujourd'hui, une puce de processeur d'iPhone en compte des milliards.

Depuis plus de 50 ans, les fabricants de puces créent sans cesse des ordinateurs plus puissants en suivant le principe fondamental de la loi de Moore : intégrer de plus en plus de transistors sur une seule puce.

Pour y parvenir, ils réduisent sans cesse la taille des transistors, de minuscules commutateurs qui effectuent des calculs.

Cependant, au cours des 15 dernières années, la taille des transistors a atteint la limite où la mécanique quantique commence à perturber leur fonctionnement : quelques dizaines de nanomètres seulement. Autrement dit, il fut un temps où les scientifiques pensaient que les transistors ne pouvaient plus être miniaturisés.

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Pour résoudre ce problème, des ingénieurs de tout le secteur ont proposé une approche inspirée de l'urbanisme. Concrètement, au lieu de privilégier la compacité, la nouvelle architecture consistera à « construire en hauteur » afin d'intégrer davantage de transistors sur la puce.

La nouvelle puce d'IBM utilise également cette stratégie. Cette nouvelle architecture, appelée nano-empilement, consiste à empiler verticalement les transistors sur deux couches sur une micropuce de silicium.

« Gâteau à étages »

Selon la MIT Technology Review, les ingénieurs ont créé la nouvelle puce d'IBM couche par couche, comme pour la préparation d'un gâteau.

Ils commencent par fabriquer des transistors sur une couche de silicium. Ensuite, ils déposent une autre couche de silicium par-dessus et continuent la fabrication d'une seconde couche de transistors directement au-dessus. Enfin, ils établissent les connexions électriques entre les deux couches de composants.

Le nouveau prototype de puce d'IBM mesure seulement 0,7 nm. Photo : IBM.

Selon Qing Cao, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de l'Illinois, cette structure empilée verticalement, en combinant deux types différents de transistors, est appelée transistor à effet de champ (CFET).

IBM n'est pas la seule entreprise à explorer cette voie. Les plus grands fabricants de puces au monde, tels qu'Intel, Samsung , TSMC et le laboratoire concurrent Imec en Belgique, mènent tous des recherches sur les transistors CFET.

Toutefois, IBM a déclaré que leur conception diffère en ce que les transistors de la deuxième couche ne sont pas situés directement au-dessus des transistors de la première couche.

Elles sont en revanche disposées en quinconce. Le géant américain de l'informatique affirme que cette disposition simplifie le câblage, entre autres avantages.

Par ailleurs, le professeur Cao a fait remarquer que la technologie CFET de l'architecture nanostack d'IBM contraste avec une autre méthode courante utilisée pour fabriquer des puces à deux couches.

En général, les ingénieurs fabriquent les transistors de chaque couche de la puce indépendamment avant d'assembler les deux couches. Cependant, la méthode de fabrication directe d'IBM permet un alignement des couches plus précis, un facteur crucial pour les performances compte tenu de la taille extrêmement réduite des transistors.

À l'avenir, les fabricants de puces pourraient tenter d'augmenter la densité des transistors en ajoutant encore plus de couches.

Au cœur de l'architecture Nanostack d'IBM. Photo : IBM.

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Cependant, selon le professeur Cao, ils se heurteront à d'importants obstacles pratiques. Le processus de fabrication comporte toujours des erreurs, ce qui signifie qu'un certain pourcentage de puces défectueuses sera livré.

« Ici, on construit une nouvelle couche par-dessus la précédente ; si l’une ou l’autre tombe en panne, la puce entière devient inutilisable », a expliqué Cao. Autrement dit, comparée à une puce monocouche, l’architecture multicouche présente un taux de défaillance plus élevé, ce qui engendre des pertes financières importantes.

Par ailleurs, un autre défi majeur réside dans la conception thermique. Concrètement, les ingénieurs doivent trouver comment fabriquer chaque couche sans faire fondre les jonctions de la couche immédiatement inférieure.

Cela implique que les procédés de fabrication soient maintenus à des températures inférieures à 400 degrés Celsius. Dans l'architecture d'IBM, l'entreprise a trouvé un moyen de fabriquer la seconde couche à une température suffisamment basse, bien que ses activités restent un secret bien gardé.

Source : https://znews.vn/ibm-lam-nen-ky-tich-cho-nganh-chip-post1663285.html