Un microprocesseur fabriqué avec des matériaux flexibles
Le microprocesseur mis au point par des chercheurs autrichiens ne comporte encore qu'un seul bit avec quatre instructions, mais il marque peut-être les prémices d'une nouvelle ère dans l'électronique flexible.Cette puce IBM est faite de graphène, mais d'autres matériaux 2D peuvent être utilisés pour des puces flexibles. (Crédit: IBM)
Des chercheurs ont construit un microprocesseur à partir d'un matériau bidimensionnel similaire au graphène, ce matériau conducteur flexible étonnant qui, selon certains, pourrait révolutionner l’industrie des batteries, des capteurs et des puces. Avec ses 115 transistors, ce processeur expérimental ne prétend pas rivaliser avec d’autres puces sur les benchmarks, mais il marque "une première étape dans le développement de microprocesseurs basés sur des semi-conducteurs 2D", ont déclaré les chercheurs de l'Université de technologie de Vienne dans un article publié ce mois-ci dans la revue Nature. Les matériaux bidimensionnels sont flexibles, ce qui signifie qu'ils sont plus faciles à intégrer dans des périphériques portables ou des capteurs connectés, et ils sont potentiellement moins fragiles. Ces matériaux permettraient par exemple de fabriquer des smartphones qui se plient quand ils tombent au lieu de se casser !
Les semi-conducteurs et les écrans actuels sont déjà très fins, mais pour fonctionner, leur conception repose toujours sur les propriétés physiques tridimensionnelles des matériaux qui servent à leur fabrication. Si l’on essaye de plier une plaquette de silicium, elle se cassera. Mais des matériaux 2D comme le graphène ou le dichlorogénure, également appelé transition-metal dichalcogenide (TMD), qu’ont utilisé les chercheurs autrichiens sont vraiment bidimensionnels: ils sont fabriqués avec des cristaux dont l’épaisseur ne dépasse pas une couche d'atomes ou de molécules, d’où leur flexibilité. Les TMD sont composés d'un métal de transition comme le molybdène ou le tungstène et d’un chalcogène (en général le soufre, le sélénium ou le tellure, même si l'oxygène est également un chalcogène). Comme le graphène, ils sont organisés en couches, mais contrairement au graphène qui conduit l'électricité comme un métal, ce sont des semi-conducteurs. C’est donc une excellente nouvelle pour les concepteurs de puce flexibles.
Un micro-processeur encore peu complexe
Les chercheurs Stefan Wachter, Dmitry Polyushkin et Thomas Mueller de l'Institut de la photonique associés à Ole Bethge de l'Institut de l'électronique solide de Vienne, ont décidé d'utiliser le disulfure de molybdène pour construire leur microprocesseur. Ils ont d’abord déposé deux couches de l’épaisseur d’une molécule sur un substrat en silicium. Ils ont ensuite gravé leur design de circuit en le séparant par une couche d'oxyde d'aluminium. "Le substrat sert uniquement de support et il serait donc possible de le remplacer par du verre ou par tout autre matériau, y compris par des supports flexibles", expliquent-ils dans l’article de la revue scientifique Nature. Les récents microprocesseurs 64 bits d'Intel peuvent comprendre des centaines voire des milliers d'instructions différentes, selon la manière dont elles sont décomptées et ils contiennent des centaines de millions de transistors. Comparativement, le microprocesseur développé par les chercheurs autrichiens est capable de traiter uniquement les données sur un bit à la fois, en utilisant un ensemble de quatre instructions (NOP, LDA, AND et OR), et les circuits utilisés sont de l’ordre de 2 micromètres, soit 100 fois plus gros que ceux des derniers processeurs Intel et ARM.
Cependant, selon les chercheurs, en travaillant davantage, ils pourront accroître la complexité du microprocesseur et réduire sa taille. Ceux-ci expliquent qu’ils ont délibérèment choisi un processus de fabrication de taille élevée pour réduire les effets de trous, de fissures et de contamination dans le film de disulfure de molybdène mais aussi pour faciliter l’analyse des résultats avec un microscope optique. "Nous ne voyons pas d’obstacles particuliers qui nous empêcheraient de changer l’échelle de notre design pour le faire passer de 1 à plusieurs bits", ont-ils déclaré. Le seul vrai défi consiste à trouver un processus de fabrication pour faire passer la résistance de contact en deçà du micromètre. Cela ne sera pas facile : le rendement pour fabriquer des unités en deçà du micromètre est élevé - 80 % des unités arithmétiques et logiques produites sont fonctionnelles – mais leur tolérance aux pannes fait que seul un petit pourcentage d’unités produites fonctionnent correctement.
Une adoption rapide
Pour résoudre ces problèmes de rendement, les fabricants de microprocesseurs ont adopté des designs modulaires et testent leurs puces à différentes vitesses. Les processeurs qui fonctionnent à une vitesse supérieure sont vendus plus cher. Pour les autres puces, les fondeurs désactivent les composants défectueux et vendent ces puces, par ailleurs totalement fonctionnelles, avec des spécifications inférieures. Il a fallu 46 ans à Intel pour passer de la puce 4004, un processeur central à quatre bits avec 46 instructions, à son dernier design x86 Kaby Lake. Tout ce que l'industrie du microprocesseur a appris pendant tout ce temps permet de penser que les fondeurs pourront progresser plus rapidement dans les semiconducteurs flexibles.Source: LeMondeInformatique.fr par Peter Sayer (IDG NS), adaptation Jean Elyan , publié le 24 Avril 2017.
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