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Dans la conception des processeurs, l'un des principaux éléments bridant les performances réside dans les interconnexions entre les millions de transistors, actuellement constituées de connecteurs de cuivrecuivre isolés avec du nitrurenitrure de tantaletantale (TaN). Une équipe de chercheurs de l'université Stanford emmenée par Philip Wong, ingénieur spécialisé dans les semiconducteurssemiconducteurs, vient de mettre en évidence que le graphène pourrait servir d'alternative à cet isolant et offrir deux avantages déterminants : la réduction du diamètre des fils de cuivre et l'accélération des transferts des données.
Pourquoi le graphène pourrait-il réduire l'épaisseur des connexions au sein d'un processeur ? Parce qu'une couche de graphènegraphène, telle qu'elle pourrait être utilisée pour enrober un fil de cuivre, est huit fois plus fine que la gaine de nitrure de tantale tout en offrant les mêmes propriétés. Pour prendre une métaphore, c'est un peu comme réduire l'épaisseur d'un tuyau sans en diminuer le diamètre intérieur. Mais ce n'est pas tout...
Pour envisager d’utiliser le graphène comme isolant des connecteurs de cuivre entre les transistors, les chercheurs vont devoir trouver une méthode de culture du graphène adaptée à une production de masse. © UCL Mathematical and Physical Sciences, Flickr, CC BY-SA 2.0
Le graphène est à la fois isolant et conducteur
L'équipe de Stanford a fait une seconde découverte importante : les électronsélectrons peuvent circuler à travers le graphène aussi bien qu'ils le font à travers les fils de cuivre. Outre son rôle d'isolant, le graphène peut donc aussi jouer les conducteurs auxiliaires. « Sa structure en treillistreillis permet aux électrons de sauter d'atomeatome de carbonecarbone en atome de carbone le long du fil tout en contenant efficacement les atomes de cuivre à l'intérieur du fil de cuivre », expliquent les chercheurs. Ceci peut donc contribuer à augmenter la vitessevitesse de transfert des données.
De combien ? Si la technique était appliquée aux processeurs actuels, le gain de performance se situerait entre 4 et 17 % selon la longueur des fils, ce qui, de l'aveu même des chercheurs de Stanford, est assez modeste. En revanche, ils estiment que les qualités du graphène pourraient augmenter de 30 % la vitesse des deux prochaines générations de processeurs, dont les connexions devront être plus fines et plus nombreuses.
Si le graphène est souvent cité comme potentiel successeur du silicium pour la fabrication des semiconducteurs, les obstacles techniques demeurent encore importants. En revanche, le recours au graphène pour remplacer le nitrure de tantale serait plus facile à intégrer dans les processus industriels de fabrication. « Cela fait longtemps que l'on promet que le graphène bénéficiera à l'industrie électronique, estime Philip Wong. L'utiliser comme isolant pour le cuivre sera peut-être la première réalisation concrète de cette promesse. » Pour franchir cette étape, les chercheurs veulent désormais développer des techniques de production qui permettront de cultiver le graphène directement sur les fils de cuivre afin de pouvoir envisager une production de massemasse.
