Deux chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory viennent de mettre le plus petit transistor du monde de 1 nm.

Tout le monde connait la loi de Moore dont la première version a été établi par Gordon Moore l’un des trois fondateurs d’Intel et qui stipulait que la « complexité des semi-conducteurs proposés en entrée de gamme » doublait tous les ans à coût constant depuis 1959 et qu’elle continuerait à ce rythme ». Dix ans plus tard, en 1975, Gordon Moore affina ses prédictions en indiquant que le nombre de transistors des microprocesseurs (et non plus de simples circuits intégrés moins complexes car formés de composants indépendants) sur une puce de silicium doublerait tous les deux ans (source Wikipedia).

Depuis cette loi qui relevait plus du « doigt mouillé » que d’une loi de sciences physiques. Et pourtant, et c’est ce qui est remarquable, les progrès de l’industrie des semiconducteurs a suivi bon an mal an une telle évolution et permis les progrès de l’informatique. De telle sorte qu’un iPhone que l’on peut mettre dans sa poche offre plus de puissance informatique que le Cray 1 de 1976 présenté comme le premier supercalculateur qui avait atteint une puissance de calcul de 166 MFLOPS.

Avec le microprocesseur Power 9 qui devrait être disponible dans le courant de l’année prochaine ou au début de l’année 2018, IBM utilisera un procédé de fabrication des semi-conducteurs qui succède au procédé 22 nm du Power 8 (IBM ne fabrique plus directement d’ailleurs depuis qu’elle a cédé ses activités de fondeurs de semi-conducteurs à GlobalFoundries. Le problème est qu’avec le silicium qui est le matériau le plus utilisé[1], il n’est plus possible de créer des transistors dans lesquels les portes peuvent être plus petites que 7 nm (ce qui représente une quarantaine d’atomes). De son côté, Intel a repoussé à 2017 le lancement de composants à 10 nm.

La SIA (Semiconductor Industry Association) qui regroupe les principaux fabricants de microprocesseurs dont Intel, AMD, GlonalFoundries, avait publié un communiqué en juillet dernier indiquant que les limites de la miniaturisation devraient être atteint d’ici 5 ans. Après cette date, il ne sera plus viable économiquement – sans parler des possibilités physiques – de réduire la taille des transistors.

11-moore-1Ali Javey et Sujay Desai viennent de publier un article dans la revue Science (MoS2 transistors with 1-nanometer gate lengths) dans lequel il indique avoir fabriqué un transistor qu’ils présentent comme le plus petit au monde. Dans ce type de développement, il n’y pas seulement les problèmes techniques mais aussi les questions financières qui jouent un rôle important. On se souvient au début des années 90 des promesses que représentait l’Arséniure de Gallium qui n’ont pas été concrétisées.

Les deux chercheurs expliquent qu’ils ont utilisé des nanotubes de carbone[2] et du Disulfure de molybdène[3] permettant de créer des transistors comportant des portes de 1 nm. C’est là une performance très significative qui permettrait en théorie d’intégrer encore plus de micro commutateurs dans un même composant. Bien entendu, il s’agit seulement d’un POC (Proof of Concept) et le chemin vers la production en volume est assez lointaine, elle arrive un jour.

Heureusement, des alternatives pour continuer à développeur de processeurs plus performants. L’un d’entre elles est de concevoir des circuits spécialisés pour des applications particulières. Comme les circuits FGPA (Field-Programmable Gate Array) pour traiter par exemple des algorithmes d’intelligence artificielle.

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[1]
Les substrats utilisés vont du germanium (série AC, aujourd’hui obsolète), en passant par le silicium, l’arséniure de gallium, le silicium-germanium et plus récemment le carbure de silicium, le nitrure de gallium, l’antimoniure d’indium.
[2] Les nanotubes de carbone sont une forme allotropique du carbone appartenant à la famille des fullerènes. Ils sont composés d’un ou plusieurs feuillets d’atomes de carbone enroulés sur eux-mêmes formant un tube.
[3] Le disulfure de molybdène, ou sulfure de molybdène(IV), est un composé chimique de formule MoS2.