La nouvelle technologie de puce d’IBM montre la prochaine grande étape de la loi de Moore

De plus en plus, la vie moderne dépend de l’habileté avec laquelle nous transportons les électrons à travers les labyrinthes à l’échelle nanométrique gravés sur les puces informatiques. Ces processeurs ne sont plus uniquement destinés aux ordinateurs portables: ils sont utilisés dans votre voiture, votre thermostat, votre réfrigérateur et votre micro-ondes.

Et la pandémie a révélé à quel point notre dépendance est profonde.

Une pénurie mondiale de puces informatiques, provoquée par des problèmes de demande et de chaîne d’approvisionnement vacillants, se répercute actuellement sur les fabricants d’appareils, bien sûr, mais aussi sur les fabricants de voitures, d’aspirateurs et d’évents de cuisinière.

De toute évidence, nous sommes accro.

Il n’est donc peut-être pas surprenant que lorsque les entreprises annoncent des puces informatiques meilleures, plus rapides et plus efficaces, le monde le remarque. Cette semaine, c’était au tour d’IBM de faire la une des journaux.

La société, autrefois synonyme de tout ce qui concerne l’informatique, a annoncé qu’elle avait démontré pour la première fois un processus de fabrication de puces à 2 nanomètres (nm).

Dans un communiqué de presse, IBM a déclaré que le nouveau processus produirait quelque 50 milliards de transistors sur une puce de la taille d’un ongle. Cela apporterait également des puces 75% plus efficaces ou 45% plus rapides que les puces 7 nm actuelles.

À première vue, il semblerait qu’IBM ait pris une longueur d’avance dans la course à la meilleure technologie de puces. Les dernières puces d’Intel utilisent un processus 10 nm et les TSMC utilisent un processus 7 nm. Et la société a fait des progrès très intéressants et notables ici. Mais comparer les puces est compliqué. Donc, cela vaut la peine de disséquer un peu plus l’actualité pour mieux comprendre la situation dans son ensemble.

Le nanomètre au nanomètre est des pommes aux oranges

Les progrès des puces informatiques ont longtemps été mesurés par pas de l’ordre du nanomètre. Chaque étape vers le bas produit de plus en plus de composants, notamment des transistors, regroupés dans la même zone. Et il fut un temps, au cours des décennies passées, où la nomenclature nanométrique correspondait en fait à la taille de certains éléments de puce. Mais ce temps est passé. Au fur et à mesure que la technologie des puces progressait, les mesures des composants de la puce se sont découplées de la convention de dénomination de chaque génération.

Au moment où les puces ont fait le dernier grand bond en avant vers FinFET – une conception de transistor 3D en forme d’aileron – il y a un peu plus de dix ans, le numéro de nœud de l’industrie n’avait pratiquement aucun sens. Cela ne concernait aucune dimension de la puce. Il y a actuellement un débat pour savoir quel nouveau chiffre, ou combinaison de chiffres, reflète le mieux les progrès. Et bien que cela se révèle également assez compliqué, les experts en spécifications proposent la densité des transistors par millimètre carré.

Pour voir à quel point l’ancienne convention de dénomination est déroutante, comparez les puces 10 nm d’Intel avec les puces 7 nm de TSMC. Les deux ont en fait des densités de transistors à peu près équivalentes, les 100 millions de transistors d’Intel par millimètre carré dépassant les 91 millions de TSMC par millimètre carré. (Allez ici pour un tableau pratique comparant la taille du processus et la densité de transistor des puces.)

IBM n’a pas annoncé explicitement la densité des transistors. Mais après avoir cherché à clarifier exactement la taille de «l’ongle» auquel ils se référaient – les représentants de la société ont dit environ 150 millimètres carrés – la publication AnandTech calculé que le nouveau processus d’IBM produirait quelque 333 millions de transistors par millimètre carré. Ce qui est, en effet, au-delà de tout ce qui est en production. Cela dit, une puce 3 nm que TSMC fabrique pour Apple pourrait se vanter de près de 300 millions de transistors par millimètre carré et entrer en production dès l’année prochaine.

Nanosheets: la prochaine étape de la loi de Moore?

La nouvelle la plus significative, quoique moins annoncée ici, est la conception des transistors eux-mêmes. La nouvelle technologie d’IBM, appelée transistors nanosheet ou gate-all-around, est le successeur tant attendu des transistors FinFET d’aujourd’hui. L’entreprise travaille sur la technologie depuis 2017.

Les transistors FinFET sont constitués d’un canal en forme d’ailette entouré sur trois côtés par une «grille» qui contrôle le flux d’électrons. Mais les transistors nanosheet (ou gate-all-around) d’IBM ont un canal en couches à la place. Les couches sont empilées les unes sur les autres et, comme trois cochons dans une couverture, sont entourées par la porte sur tout côtés. Ce dernier élément est la pièce la plus critique. Les transistors à porte tout autour offrent un meilleur contrôle du courant à travers le canal, empêchent les fuites et améliorent l’efficacité.

«C’est une technologie extrêmement excitante», a déclaré Jesús del Alamo, professeur au MIT spécialisé dans les nouvelles technologies de transistors. Filaire. «C’est un tout nouveau design qui fait avancer la feuille de route pour l’avenir.» Et bien qu’IBM soit peut-être le premier à montrer la technologie à ce niveau, ils ne seront probablement pas les derniers. Samsung et TSMC suivront probablement.

Il est trop tôt pour faire des comparaisons sérieuses des performances entre les puces de production d’aujourd’hui et les puces futures en utilisant les nouveaux transistors d’IBM, mais il est sûr de dire qu’ils offriront des améliorations notables. Dan Hutcheson, PDG de la société d’analyse VLSI Research, a déclaré Filaire Les améliorations de performances estimées par IBM semblaient en fait conservatrices et ont qualifié le travail de «jalon pour l’industrie».

Puces de nouvelle génération

Quand pourriez-vous acheter un appareil avec l’une de ces puces? Probablement pas un instant.

Bien qu’IBM conçoive toujours des puces, elle a vendu ses activités de fabrication de puces en 2014. Cette nouvelle technologie provient de son centre de recherche à Albany, New York et est un démonstrateur, pas une puce prête pour la production. Dans les années à venir, IBM achèvera le processus, auquel cas il pourra se frayer un chemin dans les puces de production par le biais d’accords de licence avec des partenaires comme Intel et Samsung.

L’industrie ne restera probablement pas immobile dans l’intervalle. Il y a une sorte de renaissance dans l’industrie des puces en ce moment.

Il ne s’agit plus seulement de dépenser des milliards pour essorer quelques gouttes supplémentaires des puces traditionnelles. Il y a de l’énergie et de l’innovation qui revigorent le secteur et provoquent une explosion cambrienne de designs bizarres à des fins spéciales, comme l’IA. Et une grande partie de cela se déroule en dehors des grandes entreprises.

Pour la première fois depuis des années, le capital-risque afflue dans les startups – plus de 12 milliards de dollars, en fait, sont allés à plus de 400 sociétés de puces en 2020 seulement.

Ainsi, même au milieu de la sécheresse des copeaux de cette année, il semble que la mousson se rassemble.

Crédit d’image: IBM