Remarque: Notre fonctionnalité au-delà du silicium a été entièrement mise à jour. Cet article a été publié pour la première fois en octobre 2007.

Les processeurs actuels sont fabriqués à partir de silicium, lui-même fabriqué à partir de l'un des matériaux les plus abondants au monde: le sable. Mais comme il devient de plus en plus difficile de réaliser des circuits de plus en plus miniatures - la technologie des processeurs est passée de la fabrication 90 nm au milieu des années 2000 à 14 nm maintenant, avec une prédiction qui devrait encore diminuer jusqu'à un 7nm voire même 5nm à l'horizon 2021 - les fabricants de puces cherchent pour des alternatives; pas seulement des matériaux, mais peut-être même des composants biologiques.

Le premier microprocesseur d'Intel, le 4004, comportait 2 300 transistors. Et ressemblait à un insecte

Un peu d'histoire

Le premier microprocesseur d'Intel, le 4004, comportait 2 300 transistors. Les processeurs modernes ont plusieurs milliards. Cela a été réalisé en entassant de plus en plus de transistors dans la même quantité de silicium, mais lorsque vous le faites, les lois de la physique entrent en jeu et votre processeur commence à générer de la chaleur - et plus vous en voulez, plus vous en produisez. Les processeurs Pentium 4 les plus rapides pourraient être overclockés au-delà de 8 GHz, mais pour y parvenir, vous avez besoin d'azote liquide pour les empêcher de brûler..

Les processeurs actuels sont beaucoup plus compliqués que les Pentium à un cœur, avec des cœurs multiples et des architectures tridimensionnelles qui font des prouesses techniques incroyables, mais tôt ou tard, le silicium heurtera un mur. Il ne sera pas en mesure de fournir la croissance exponentielle de la puissance de traitement à laquelle nous étions habitués, car nous n'utiliserons que des composants de quelques atomes de large..

Qu'est-ce qui se passe alors?

Rack 'em et empiler

Une option consiste à utiliser du silicium mais à l’utiliser de différentes manières. Par exemple, les processeurs actuels sont en grande partie plats. Plutôt que d'essayer de placer toujours plus de transistors dans le même espace, nous pourrions adopter une approche architecturale et construire pour créer l'équivalent en silicium des gratte-ciel (en espérant éviter l'équivalent en silicium de The Towering Inferno ).

Ou nous pourrions prendre ce que nous appelons une approche III-V, qui utilise des éléments de chaque côté du silicium dans le tableau périodique - c'est ce qu'on appelle le groupe IV, de sorte que vous utiliseriez des matériaux des groupes III et V dans des couches au-dessus du silicium. . Cela réduirait la quantité d'énergie nécessaire pour déplacer les électrons, ce qui devrait permettre de fabriquer des transistors plus petits et de les emballer plus étroitement. Le candidat préféré pour la fabrication du III-V est le nitrure de gallium, utilisé dans les LED depuis quelques décennies et pouvant fonctionner à des températures beaucoup plus élevées que le précédent favori, l’arséniure de gallium..

Une autre option consiste à repenser le processeur lui-même. Intel, Nvidia et AMD vont tous dans le même sens avec les processeurs, et si vous regardez l'espace alloué au GPU sur la puce de processeur avec puces graphiques intégrées, vous constaterez que de plus en plus de choses lui sont attribuées. vers le GPU.

Traditionnellement, le processeur faisait ce qui était difficile alors que le GPU gérait les graphismes - par exemple dans un jeu, le CPU exécutant l'IA - mais la capacité du GPU à effectuer des tâches plus simples de manière extrêmement parallèle signifie que les concepteurs cherchent de plus en plus à partager la charge de travail globale. entre le processeur et le processeur graphique en fonction de leur aptitude au travail.

Plus le processeur graphique peut en tirer le meilleur, car les GPU sont des circuits massivement parallèles, ce qui est une autre façon de dire qu'il s'agit de composants assez simples et entassés en grand nombre - des milliers de cœurs comparés à la poignée d'un processeur. Contrairement aux processeurs, qui repoussent déjà les limites de la miniaturisation, les GPU ont encore un long chemin à parcourir avant que les lois de la physique ne ruinent leur croissance exponentielle..

Les nanotubes de carbone pourraient être la solution

Datation au carbone

Et si le silicium est à court de route? Le carbone pourrait plutôt venir au premier plan sous la forme de nanotubes de carbone. En octobre, IBM a publié un article dans la revue Science décrivant une nouvelle méthode de création de nanotubes de carbone à partir de feuilles de graphène "matériau miracle"..

Contrairement aux tentatives précédentes, la méthode d'IBM n'a pas rencontré de résistance électrique croissante, la taille des contacts ayant été réduite. IBM dit qu'il est possible que les processeurs de nanotubes de carbone soient "dans la décennie".

Cependant, comme l'explique Shi-Jen Han d'IBM dans son blog, ces processeurs sont encore loin de la réalité. "Nous avons développé un moyen permettant aux nanotubes de carbone de s'auto-assembler et de se lier à des molécules spécialisées sur une plaquette. L'étape suivante consiste à augmenter la densité de ces nanotubes (à une distance de 10 nm) et la reproductibilité sur une plaquette entière", a-t-il déclaré..

Mais quand IBM finit par le craquer, le potentiel est énorme. "De meilleurs transistors peuvent offrir une vitesse supérieure tout en consommant moins d'énergie. De plus, les nanotubes de carbone sont flexibles et transparents. Ils pourraient être utilisés dans des applications futuristes" plus que de Moore ", telles que des composants électroniques flexibles et extensibles ou des capteurs intégrés dans des dispositifs portables qui s'attachent réellement - et ne sont pas que des bracelets, des montres ou des articles de lunetterie ", déclare Han.

Top Crédit d'image: Intel