Avec une pile de minuscules fils plats appelés nanofeuilles, IBM Research promet des puces avec des composants plus rapides et plus petits qui utilisent moins d’énergie.
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IBM Research a développé une nouvelle technologie de fabrication de puces qui, selon elle, fera passer les processeurs au niveau supérieur de miniaturisation des circuits, d’amélioration des performances et d’efficacité énergétique.
La nouvelle technologie de fabrication, comprenant des composants appelés nanofeuilles, augmente les performances des puces de 45% ou réduit la consommation d’énergie de 75% par rapport à celle utilisée pour fabriquer les puces de serveur IBM ou les puces iPhone d’Apple, a déclaré jeudi la société. IBM s’attend à ce que la technologie arrive dans les processeurs en 2024 ou 2025, deux générations au-delà des processus les plus avancés actuellement utilisés par le leader de la fabrication d’aujourd’hui, Taiwan Semiconductor Manufacturing.
IBM utilise la technologie de base que les fabricants de puces utilisent depuis des décennies: un motif soigneusement organisé de lumière diffusée sur des tranches de silicium pour graver des motifs qui deviennent les éléments de circuits de traitement de données appelés transistors. Des améliorations continues ont permis aux fabricants de puces de réduire progressivement ces transistors afin que les processeurs autrefois utilisés dans les ordinateurs centraux de la taille d’une pièce puissent désormais alimenter une smartwatch.
La nouvelle méthode d’IBM utilise deux structures. Les premiers sont des nanofeuilles, les fils fins et plats qui transportent le courant électrique à travers le transistor. Deuxièmement, une nouvelle conception de la porte, un composant qui active ou désactive le courant. IBM utilise une technologie de porte tout autour qui entoure complètement chaque nanofeuille avec le matériau de grille pour empêcher le courant électrique de fuir.
«Nous avons le dispositif à transistors pour y arriver, et nous constatons des améliorations de performances», a déclaré Dario Gil, directeur d’IBM Research, qui concède sous licence sa technologie de puce aux fabricants. “L’ensemble de l’industrie va utiliser cette technologie de transistor.”
La progression de la puce est importante. La réduction de la consommation d’énergie est essentielle pour les appareils mobiles à batterie limitée, et l’amélioration des performances rend les applications plus rapides et plus puissantes. La réduction des transistors signifie plus de circuits pour des graphiques plus rapides, un traitement AI et d’autres capacités matérielles dédiées.
Processus de fabrication 2 nm
La société a montré jeudi des plaquettes de silicium parsemées de puces rectangulaires en utilisant la nouvelle approche. IBM Research construit les puces de test dans son centre de recherche sur les semi-conducteurs à Albany, New York, un choix qui conviendra probablement aux politiciens désireux de restaurer les prouesses américaines en matière de fabrication de puces.
Les fabricants de puces se réfèrent à leurs processus de fabrication par la très petite dimension du nanomètre, un milliardième de mètre. Un brin d’ADN, par exemple, a une largeur de 2 nm. Pour la fabrication de puces, un nombre de nanomètres plus petit indique les progrès de la miniaturisation bien que les termes utilisés aujourd’hui soient en grande partie des étiquettes plutôt que des mesures réelles.
Cette photo montre une coupe transversale de six transistors construits avec la technologie nanofeuille d’IBM. Chacun a une pile de trois nanofeuilles qui transportent le courant électrique. Et avec une approche appelée gate tout autour, chaque nanofeuille est complètement entourée par une grille, le composant transistor qui coupe et allume le courant. Les puces d’aujourd’hui traitent les données en utilisant des milliards de ces transistors.
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La fabrication la plus avancée d’aujourd’hui est le procédé à 5 nanomètres de TSMC. Une grande partie de l’industrie utilise encore des processus 7 nm ou antérieurs. Le suivant en ligne est 3 nm. IBM qualifie son nouveau processus de 2 nm.
Comme nous sommes à court de nanomètres, on ne sait pas quelles étiquettes viendront ensuite, d’autant plus que les chiffres ne sont plus de vraies mesures.
D’autres fabricants de puces travaillent déjà sur la porte tout autour
Ce qui n’est pas clair, c’est comment la technologie arrivera sur le marché étant donné qu’IBM ne fabrique plus ses propres processeurs.
Les trois principaux fabricants de puces du monde – Intel, TSMC et Samsung – ont tous leurs propres programmes de recherche et travaillent probablement déjà sur une technologie de porte tout autour, a déclaré David Kanter, analyste principal chez Real World Insights. “Chaque acteur majeur a clairement des plans pour cela”, a-t-il déclaré.
Samsung a présenté sa technologie gate-all-around lors d’une conférence de février, et Intel, comme IBM, travaille sur l’empilement de plusieurs couches de nanofeuilles dans chaque transistor.
Cependant, IBM a des partenariats avec les principaux fabricants de puces. Samsung construit des processeurs de serveur IBM et une alliance de recherche IBM fait partie du plan du nouveau PDG d’Intel, Pat Gelsinger, pour remédier aux années de problèmes d’Intel.
Une autre complication pour IBM sera de prouver que sa technologie fonctionne en dehors d’un laboratoire de fabrication à grand volume, où les coûts et la cohérence sont cruciaux.
“Pour la fabrication de semi-conducteurs, il suffit de faire de la R&D et de le prouver est tout à fait différent de prouver qu’il évolue”, a déclaré Kanter.