Intel en route vers le térahertz (enfin presque)

1 térahertz (THz) ou 1 000 GHz. Telle est l’incroyable fréquence à laquelle Intel fait travailler ses transistors et qui doit permettre au fondeur de Santa Clara de fabriquer des processeurs à 10, voire 20 GHz, d’ici la fin de la décennie. Cet objectif ambitieux repose sur une nouvelle architecture de transistor tout simplement intitulée terahertz transistor architecture et dont les détails technologiques seront présentés à l’occasion de l’International Electron Device Meeting qui se tiendra du 2 au 5 décembre à Washington. En laboratoire, Intel a atteint la fréquence de 2,63 THz au niveau d’un transistor alimenté en 0,8 volt. Autrement dit, un transistor capable de changer d’état (« off » ou « on », 0 ou 1) plus de 2 600 milliards de fois par seconde. Difficile à conceptualiser. Reste à mettre au point le procédé de fabrication industriel. Pour cela, le fondeur de Santa Clara s’appuiera sur trois axes : la poursuite de la loi de Moore à travers la réduction de la taille des transistors, l’optimisation de leur consommation d’énergie et enfin un nouveau procédé de gravure avec des matériaux plus conducteurs que l’actuel silicium.

Proposée en 1965 par Gordon Moore (voir édition du 28 mai 2001), la loi de Moore consiste à doubler le nombre de transistors tous les dix-huit mois environ, ce qui augmente la puissance de calcul du processeur mais impose de réduire régulièrement la taille desdits transistors. Malgré les limites physiques régulièrement évoquées, Intel prévoit d’atteindre 0,03 micron (ou 30 nm) par transistor contre 0,13 micron pour le prochain Pentium 4 Northwood. Cette taille proche de celle de quelques atomes permettra d’atteindre le milliard de transistors dans un processeur dès 2007, contre « seulement » 42 millions pour l’actuel P4. Problème : plus il y a de transistors et plus il faut augmenter la tension électrique. Ce qui a pour effet d’accroître la déperdition d’énergie et le dégagement de chaleur. Au mieux, on risque l’épuisement rapide des batteries du portable, au pire la destruction pure et simple du coeur du processeur sous l’effet de la chaleur. Pour résoudre cette équation, Intel s’appuie essentiellement sur deux technologies : le High K gate dielectric et le Depleted substrate transistors (DST).

Au coeur des processeurs du futur

Le High K gate dielectric est un nouvel isolant destiné à remplacer l’actuelle couche de silicium oxydé (SiO2) entre la « porte » et le « canal » de transport des électrons. Cette nouvelle couche serait, selon Intel, 10 000 fois plus résistante à la déperdition que le silicium oxydé. Le DST, quant à lui, est une association de deux technologies : le Silicon on insulator (SOI) et l’Epitaxy. Cette dernière consiste à épaissir le canal de transport de l’électricité au niveau de son entrée (source) et de sa sortie (drain). Comme en plomberie, l’élargissement du « tuyau » procure une moins grande résistance électrique et donc moins d’énergie à fournir. Mis au point par IBM (voir édition du 12 décembre 2000), le SOI isole le « canal » porteur du courant du reste de la base en silicium, ce qui permet d’accélérer le transfert des charges électriques. Outre IBM et Intel (qui reprend à son compte cette technologie sous le nom de ultra thin body SOI), signalons que le SOI sera également exploité par AMD pour les prochaines générations de ses processeurs, notamment en 64 bits.

Une concurrence intensive

Au bout du compte, Intel prévoit de fabriquer des processeurs cadencés en dizaines de gigahertz et équipés d’un milliard de transistors avec une consommation comparable à celle d’un P4, soit 45 watts. L’objectif des ingénieurs de Santa Clara étant de réduire la consommation de 15 % à chaque nouvelle génération de processeur. Avant d’atteindre les 30 nm, Intel passera par 90 nm puis 70 nm d’ici 2005. Le fondeur justifie ses performances annoncées, comme à l’habitude, par la puissance qu’exigent les applications de reconnaissance vocale, de traduction instantanée et de rendus graphiques de qualité vidéo en temps réel. Talonné par AMD, inspiré par Transmeta (pour la faible consommation), bousculé par IBM, Sun et HP dans les processeurs pour serveurs (notamment en architecture 64 bits), Intel sait que c’est en conservant son avance sur la concurrence qu’il gardera ses parts de marché. Et la seule stratégie qui a fait son succès technique est celle de Moore. On ne se sépare pas si facilement de la loi sur laquelle repose l’avenir d’une entreprise depuis plus de 35 ans…