Combien de transistors peuvent danser dans la tête d'une puce ?
A chaque fois que je me penche sur les projets IBM concernant les futures technologies
de semiconducteurs, il me revient à l'esprit la question proverbiale : combien
d'anges peuvent danser sur une tête d'épingle ? Si la question des anges a hanté
les théologiens pendant des siècles, les ingénieurs ont les idées beaucoup plus
claires en matière de technologie de microprocesseurs.
En
1979, Gordon Moore, l'un des fondateurs d'Intel, a risqué une prédiction : observant
que, depuis 1971, le nombre de transistors présent sur une puce avait doublé tous
les 18 à 24 mois, il a prédit que cette tendance continuerait.
D'où la fameuse “ Loi de Moore ”, qui a prévalu pendant les 20 dernières années
et ne semble pas devoir devenir caduque de sitôt. Cette densité croissante
de transistors sur une puce résulte de notre capacité à fabriquer des transistors
toujours plus petits. La diminution de taille des transistors permet bien sûr
d'en mettre davantage sur une seule puce, mais améliore aussi les performances.
Plus le transistor est petit, plus la distance que le courant (qui approche la
vitesse de la lumière) doit parcourir dans le transistor pour effectuer une opération
donnée est courte. Donc, les performances sont d'autant plus grandes que les distances
sont plus courtes.
De 1 MHz à 1 GHz
De tous les composants de l’ordinateur, c’est le processeur qui a bénéficié des
progrès technologiques les plus rapides.
C’est ainsi que la puce du microprocesseur Pentium II, qui anime les PC d’aujourd’hui,
est environ 300 fois plus dense que le microprocesseur des tout premiers PC. Les
transistors plus petits de la puce Pentium II, avec leurs circuits plus courts,
permettent d’atteindre des vitesses d’horloge de 450 MHz et plus (je me souviens
encore du premier processeur à 1 MHz de Rochester!)
Au
cours des 18 derniers mois, IBM a continué de repousser la frontière des semiconducteurs,
avec deux nouvelles technologies de puce. En 1997, c’était CMOS 7S : la première
technologie puce à utiliser le cuivre à la place de l’aluminium. Le premier étant
meilleur conducteur que le second, les connexions métalliques sont plus minces
et les transistors peuvent être rapprochés davantage. En 1998, IBM a livré des
puces comptant entre 150 et 200 millions de transistors. Peu après
le cuivre, IBM a annoncé le silicium sur isolant (SOI : Silicon On Insulator).
Ce procédé consiste à disposer une mince couche de silicium au dessus d’un isolant,
comme l’oxyde de silicium… du verre en réalité. Les transistors sont ensuite
disposés au-dessus de cette mince couche de SOI. Il s’avère qu’avec la couche
SOI, le transistor commute 20 à 25% plus vite que les transistors disposés au-dessus
du seul silicium. Voilà plus de 30 ans que l’industrie du semiconducteur utilise
le SOI, mais IBM est la première à le commercialiser.
Dans un an, une nouvelle famille de microprocesseurs associant les deux technologies
cuivre et SOI sera intégrée dans l’AS/400 (voir « Les étoiles brillent sur l’AS/400 »). Avec ces nouvelles technologies de semiconducteurs il ne faudra à l’industrie
informatique que quelques années pour franchir le prochain cap : 1 milliard de
transistors sur un seul microprocesseur tournant à plus de 1 GHz (1 GHz = 1000
MHz).
En prévision de cette prouesse, plusieurs universités et laboratoires de recherche
essaient de répondre à la question : quel est l’avenir des microprocesseurs avec
des milliards de transistors ?
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