Pas de limites

a au-delà  du GHz – et dans
combien de temps y parviendra-t-on.
Nous avons tous cru qu’il n’y aurait pas
de limites de vitesse sur les futurs processeurs.
Ce point de vue a désormais
changé.
Augmenter la vitesse d’horloge
d’un chip n’est plus aussi facile qu’auparavant.
Les concepteurs de chips qui
s’évertuent à  extraire toujours plus de
vitesse d’une tranche de silicium sont
confrontés à  d’importants défis techniques.
Et les gains de vitesse constatés
par le passé ont peu de chance de perdurer.
Certes les vitesses d’horloge des
processeurs continueront à  augmenter,
mais probablement à  un rythme
bien plus lent.
N’en déduisons pas pour autant
que la performance des processeurs
ne continuera pas à  augmenter rapidement.
Tout simplement, les gains ne
viendront probablement pas de plus
de vitesse d’horloge, parce que la technique
des 40 dernières années pour accroître
la performance des chips
n’aura plus le même effet. Pour améliorer
le rendement, la méthode fondamentale
a toujours consisté à  rapetisser
les chips. Quand nous diminuons la
taille de tous les transistors d’un chip,
non seulement nous pouvons en grouper
davantage sur le chip, mais ces
transistors plus petits sont également
plus rapides. Les électrons voyageant à 
la vitesse de la lumière, ou presque,
peuvent traverser un petit transistor
plus rapidement qu’un transistor plus
volumineux. Ce changement d’échelle
aboutit à  des chips dont la vitesse
d’horloge se situe dans la gamme du
GHz.
Au cours des dernières années, on
a pris l’habitude de désigner le processus
de fabrication des semi-conducteurs
utilisés pour produire un chip
avec un nombre qui correspond aux
géométries minimales définies dans le
processus. Ainsi, les chips POWER4
sont-ils fabriqués avec un processus de
180 nanomètres (nm), les chips POWER5
utilisent un processus de 130
nm, et ainsi de suite. Et les fabricants
de chips commencent à  utiliser un processus
de 90 nm, avec les 65 nm et
même les 45 nm en ligne de mire. Mais
il y a une difficulté.
Un transistor est un commutateur
de courant. Un élément du transistor, la porte, contrôle si le courant circule au travers du transistor.
Avec des portes très minces, il y a toujours une certaine
fuite de courant. Autrement dit, même quand le transistor est
inactif, du courant continue à  y circuler. Avec l’amincissement
progressif des portes, arrive un point où le courant de
fuite est suffisamment important pour être difficile à  contrôler.
De plus, le comportement de ce courant de fuite devient
non linéaire et donc il est difficile de prédire l’impact sur la
performance. Cette imprévisibilité se produit avec des géométries
situées quelque part entre 130 nm et 90 nm. A cette
taille, la porte n’a que six atomes d’épaisseur.
Comme solution, les concepteurs de chips doivent alors
augmenter la taille de certaines parties du transistor, comme
la porte. Pour des chips fabriqués en 130 nm ou moins, les ingénieurs
de toute l’industrie des semi-conducteurs ont
abandonné l’idée de l’échelle « idéale » et se sont résignés à 
doter leurs transistors de portes plus épaisses.
Ce principe de portes plus épaisses va à  l’encontre de
l’idée qui consistait à  diminuer toutes les composantes du
chip pour accroître la performance. En conséquence, les
augmentations de performances dues au rapetissement sont
inférieures à  celles constatées auparavant. Beaucoup d’experts
à  l’intérieur et à  l’extérieur d’IBM estiment désormais
que, au cours des prochaines années, malgré le rapetissement
constant des tailles, la performance n’augmentera que
de 30 à  40 % par rapport au passé. Cela signifie clairement
que, pour chaque nouvelle génération de processus de fabrication,
60 à  70 % de l’amélioration de la performance devra
venir d’ailleurs que de la simple diminution de taille.