De nos jours, les microprocesseurs 2D plats à base de silicium deviennent si rapides que le temps nécessaire pour transmettre un signal d'un côté à l'autre de la puce, sans parler des processeurs, devient un facteur limitant important..

Une solution à ce problème est à l’étude dans le domaine de la photonique sur silicium - remplacer les connexions électriques par une lumière plus rapide -, mais des chercheurs de l’Université de Rochester dans l’État de New York affirment avoir résolu ce problème d’une autre manière: puce en trois dimensions.

"J'appelle ça un cube maintenant, parce que ce n'est plus simplement une puce", déclare Eby Friedman, professeur de génie électrique et informatique à l'université de Rochester. "Quand les puces sont alignées les unes contre les autres, elles peuvent faire des choses que vous ne pourriez jamais faire avec une puce 2D normale", affirme-t-il..

Construire, pas sortir

Correctement appelé 3D NoC (réseau sur puce), le cube de Friedman n'est pas constitué de plusieurs microprocesseurs classiques empilés simplement en utilisant des bus de données et d'adresses communs. Lui et l'étudiant en ingénierie Vasilis Pavlidis ont conçu leur appareil à partir de zéro. Leur NoC offre de meilleures capacités de synchronisation, de distribution de l’alimentation et de transfert de données que les puces classiques empilées. Le prototype fonctionne à une fréquence respectable de 1,4 GHz, comme décrit dans un document disponible sur le site www.tinyurl.com/3uumee..

La puce de Friedman constitue une percée décisive parce que vous ne pouvez emballer les transistors de manière aussi serrée dans deux dimensions avant de commencer à ne plus fonctionner correctement. Cela dicte la limite supérieure de la puissance de traitement qu'une seule puce peut commander. Friedman dit que les puces 3D ne devraient pas souffrir d'une telle limite.

"Allons-nous atteindre un point où nous ne pouvons plus réduire les circuits intégrés? Horizontalement, oui", dit-il. "Mais nous allons commencer à redimensionner verticalement, et cela ne finira jamais. Du moins pas de mon vivant. Vous devriez en parler à mes petits-enfants."

L’architecture que l’équipe a conçue comprend trois puces en silicium spécialement conçues et des millions de trous percés dans l’isolant qui les sépare afin de permettre la connexion de transistors de couches différentes. La clé de la conception a été de faire en sorte que les trois couches interagissent comme une seule puce.

Dans un communiqué de presse publié par l’Université de Rochester, le rapprochement des trois puces a été décrit comme "un peu comme essayer de concevoir un système de contrôle du trafic pour l’ensemble des États-Unis - puis de superposer deux autres Etats-Unis au-dessus du premier et de du trafic de n'importe quel point et de n'importe quel niveau vers sa destination, à un autre niveau. "

Avantages majeurs

La motivation pour surmonter ces difficultés en valait la peine, cependant. "Le principal avantage [des puces 3D] est la réduction considérable de la longueur et du nombre d'interconnexions globales", a déclaré Friedman. Ceci, dit-il, se traduira par de meilleures performances et une consommation d'énergie moindre.

Le prototype présente déjà une économie d'énergie de 58 à 62% par rapport à un microprocesseur 2D classique de la même vitesse. Friedman affirme que les couches individuelles ne doivent même pas être en silicium, ce qui donne la possibilité de créer de nouveaux processeurs très étranges..

Certaines des couches d'un NoC 3D typique pourraient être utilisées pour exécuter des fonctions spécifiques, telles que le stockage de données et le traitement d'images, ou consister en des puces personnalisées destinées aux téléphones mobiles et autres biens de consommation. Parce que chaque couche fonctionne en parallèle avec les autres, un futur lecteur MP3 pourrait avoir une couche qui convertit les morceaux stockés en audio à la demande..

Comme les NoC 3D sont essentiellement des cartes de circuit imprimé pliées avec des connexions plus courtes, les puces contenues dans des gadgets tels que l'iPod pourraient potentiellement être réduites au dixième de leur taille avec une vitesse dix fois supérieure..

On devine combien de temps il faudra peut-être attendre pour les premiers «PC cubes», mais les concepteurs de puces commencent déjà à ressentir les limites de la 2D. Une conception 3D x86 ou même 64 bits pourrait pousser la ligne d'architecture beaucoup plus loin en augmentant les performances tout en réduisant la consommation d'énergie.

Bien sûr, tout dépend de la rapidité avec laquelle les interconnexions basées sur la lumière seront aussi rapides qu'Intel voudrait nous le faire croire…

Publié pour la première fois dans PC Plus, Numéro 275

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