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Voici le processeur gravé à 7 nanomètres qu’IBM a conçu avec ses partenaires (université d’État de New York, Samsung et GlobalFoundries). Une telle puce pourrait contenir jusqu’à 20 milliards de transistors et offrir une puissance 50 % supérieure à celle des processeurs actuels gravés en 10 nm. © IBM Research
IBM Research a réussi à repousser les limites physiquesphysiques pour la gravuregravure des processeurs en atteignant une finesse de 7 nanomètresnanomètres (nm). À titre de comparaison, le diamètre d'un brin d'ADNADN est de 2,5 nm et selon Big BlueBig Blue, il serait possible de fabriquer des puces contenant 20 milliards de transistors ! En performances et en puissance, le gain serait d'environ 50 % par rapport à la dernière génération de processeurs qui sont gravés à 10 nm. Ce succès s'inscrit dans le cadre d'un programme de recherche et développement qu'IBM Research a lancé l'année dernière.
Doté d'un budget de 3 milliards de dollars, il vise, d'une part, à repousser les limites physiques de la technologie sur silicium et, d'autre part, à trouver des alternatives à ce matériaumatériau en explorant d'autres possibilités : les nanotubes de carbonenanotubes de carbone, le graphène, la photonique, l'informatique quantique, les puces neurosynaptiques ou les transistors à effet de champ à grille isolée (Mosfet).
Voici à quoi ressemblent des transistors de 7 nanomètres. Pour obtenir une telle finesse de gravure, IBM a eu recours à la lithographie en extrême ultraviolet (EUV) dont la longueur d’onde est comprise entre 10 et 15 nm. © IBM Research
Du germanium-silicium pour augmenter la mobilité des électrons
Pour développer ce procédé de gravure à 7 nm, IBM Research a travaillé conjointement avec le College of Nanoscale Science and Engineering de l'université d'État de New York, SamsungSamsung et le fondeur GlobalFoundries. La technique repose sur deux innovations clé. Il y a tout d'abord le remplacement du siliciumsilicium par un alliagealliage de silicium-germaniumgermanium (GeSi) pour la fabrication du canal des transistors de type FinFET. Sous le seuil des 10 nm, la conductivitéconductivité du silicium n'est pas suffisante. L'adjonction du germanium a permis d'augmenter la mobilité des électronsélectrons et d'obtenir une circulation adéquate du courant électriquecourant électrique. En démontrant que cette solution est techniquement viable, IBM et ses partenaires ont tracé un chemin que d'autres acteurs de l'industrie des semiconducteurssemiconducteurs pourraient suivre, à commencer par IntelIntel.
La deuxième innovation importante introduite avec ce processeur concerne le procédé de gravure. Il s'agit de la lithographielithographie en extrême ultravioletultraviolet (EUV) dont la longueur d'ondelongueur d'onde est très petite, comprise entre 10 et 15 nanomètres. Actuellement, la lithographie la plus performante pour la gravure des puces sur silicium en 14 nm est celle utilisant un laserlaser à fluorure d'argonargon (ArF) dont la longueur d'onde est de 193 nm.
Si le passage à la lithographie EUV s'avère prometteur pour de la gravure à moins de 10 nm, sa mise en œuvre au sein d'un processus de fabrication industrielle est délicate et coûteuse. Le temps d'exposition durant la gravure EUV est plus élevé et il n'est pas certain que cela soit compatible avec une fabrication à haute vitessevitesse. En effet, la plus infime vibrationvibration peut fausser la précision des systèmes optiques qui dirigent le rayon pour graver des lignes à une échelle proche de celle de l'atomeatome. De lourds investissements seront nécessaires pour concevoir des lignes de production à même d'utiliser cette technologie.
IBM ne s'est pas avancé sur une date pour une mise en production de processeurs gravés à 7 nm. Le fondeur TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) a, lui, annoncé qu'il comptait entamer des essais de production courant 2017. Intel travaille également sur le 7 nanomètres, mais n'a pas indiqué de date pour l'arrivée de cette génération de processeurs. Les puces qui sont actuellement commercialisées sont gravées en 14 nm et les modèles en 10 nm arriveront courant 2016. Ce qui laisse penser que les processeurs 7 nm n'arriveront pas au plus tôt avant deux à trois ans.
