Les semi-conducteurs jouent un rôle essentiel dans tous les domaines, de l'informatique aux appareils ménagers, en passant par les dispositifs de communication, les systèmes de transport et les infrastructures critiques. La demande de performances accrues et d'efficacité énergétique des puces continue d'augmenter, en particulier à l'ère du cloud hybride, de l'IA et de l'Internet des objets. Dans une annonce publiée jeudi, IBM affirme avoir fait un grand pas en avant dans la technologie des puces en concevant la première puce gravée en 2 nm. La société affirme avoir concentré 50 milliards de transistors sur une puce de la taille d'un ongle, qu’elle dit pouvoir consommer 75 % d'énergie en moins que les processeurs en 7 nm pour les mêmes performances.Pendant des décennies, chaque génération de puces informatiques est devenue plus rapide et plus économe en énergie parce que leurs composants de base, appelés transistors, sont devenus plus petits. Le rythme de ces améliorations s'est ralenti, mais International Business Machines Corp. a annoncé jeudi avoir de nouveau progrès multipliant les performances et l’efficacité des processeurs.
IBM a présenté ce qu'il dit être la première technologie de fabrication de puces à 2 nm au monde. Selon la société, cette architecture peut permettre aux fabricants de processeurs d'augmenter les performances de 45 % avec la même quantité d'énergie que les puces actuelles en 7 nm, ou d'atteindre le même niveau de performance en utilisant 75 % d'énergie en moins.
Les appareils mobiles équipés de processeurs en 2 nm pourraient avoir une autonomie jusqu'à quatre fois supérieures à celle des appareils équipés de puces gravées en 7 nm. IBM affirme que vous n'aurez peut-être besoin de recharger ces appareils que tous les quatre jours. Grâce à ces processeurs, les ordinateurs portables gagneraient en vitesse, qu'il s'agisse de traiter plus rapidement les applications, de faciliter la traduction des langues ou d'accéder plus rapidement à Internet.
Tandis que les véhicules autonomes détecteraient et réagiraient plus rapidement aux objets, selon IBM. L'entreprise affirme que cette technologie avancée contribuera également à la réduction de l'empreinte carbone des centres de données – qui représente 1 % de la consommation mondiale d'énergie -, et sera bénéfique pour l'exploration spatiale, l'intelligence artificielle, la 5G et la 6G et l'informatique quantique.
Les puces gravées en 2 nm seront plus petites et plus rapides que les puces actuelles en 5 nm, à la pointe de la technologie, qui apparaissent tout juste dans les smartphones haut de gamme tels que les modèles iPhone 12 d'Apple Inc, et que les puces à 3 nm devraient suivre. La technologie qu'IBM a présentée jeudi est l'élément constitutif le plus fondamental d'une puce : un transistor, qui agit comme un interrupteur électrique pour former les 1 et les 0 des chiffres binaires qui sont à la base de toute l'informatique moderne.
Le fait de rendre les interrupteurs très minuscules les rend plus rapides et plus économes en énergie, mais cela crée également des problèmes de fuite d'électrons lorsque les interrupteurs sont censés être éteints. Darío Gil, vice-président senior et directeur d'IBM Research, a déclaré dans une interview que les scientifiques étaient parvenus à draper des feuilles de matériau isolant de quelques nanomètres d'épaisseur seulement pour stopper les fuites.
« Au final, il y a les transistors, et tout le reste (en informatique) repose sur le fait que ce transistor s'améliore ou non. Et ce n'est plus une garantie qu'il y aura une progression du transistor de génération en génération. C'est donc une grande affaire chaque fois que nous avons la chance de dire qu'il y en aura un autre », a déclaré Gil.
Une percée dans le secteur
IBM a apparemment fait la percée du 2 nm avant ses concurrents. Le M1 et l'A14 d'Apple sont arrivés aux côtés du Kirin 9000 de Huawei l'automne dernier en tant que premiers processeurs basés sur le processus de nœud technologique 5 nm de TSMC. D'autres fabricants, comme AMD et Qualcomm, utilisent généralement les puces 7 nm de TSMC à l'heure actuelle, bien que le Snapdragon 888 de Qualcomm soit fabriqué sur la technologie 5 nm de Samsung. Quant à Intel, il est peu probable qu'il sorte des processeurs en 7 nm avant 2023 ; il utilise actuellement des puces en 10 nm et 14 nm. Cependant, les puces d'Intel ont tendance à avoir une plus grande densité de transistors que celles de ses rivaux au même niveau de nanomètres, ce qui ne permet pas une comparaison directe.
La société taïwanaise de semi-conducteur TSMC prévoit actuellement de lancer la production précoce de son procédé de fabrication de puces gravées en 4 nm d'ici la fin de l'année, pour une production de masse en 2022. Son nœud de 3 nm n'est pas attendu avant la seconde moitié de 2022, et les puces en 2 nm de la société en sont encore à un stade de développement relativement précoce.
Selon le service de presse d'IBM, la nouvelle puce en 2 nm de la société comporte environ 333 millions de transistors par millimètre carré (MTr/mm2). À titre de comparaison, les puces les plus avancées de TSMC, fabriquées à l'aide de son procédé 5 nm, comptent environ 173 millions de transistors par millimètre carré (MTr/mm2), tandis que les puces 5 nm de Samsung comptent environ 127 Mtr/mm2.
« On peut considérer qu'il s'agit d'une percée », a déclaré Peter Rudden, directeur de recherche au cabinet d'études de marché IDC. « Nous avons vu les fabricants de semi-conducteurs passer de 14 nm à 10 nm puis à 7 nm, le 7 nm étant un véritable défi pour certains », a-t-il expliqué.
Selon lui, le nouveau procédé d'IBM pourrait être utilisé pour des applications d'IA qui nécessitent aujourd'hui un deuxième élément technologique, comme une carte graphique puissante, pour effectuer certaines tâches. L'efficacité énergétique accrue pourrait être utile aux appareils personnels, tandis que l'augmentation des performances profiterait aux énormes centres de données, a-t-il ajouté.
« Cela envoie également un message à l'industrie informatique, à savoir qu'IBM reste une puissance de recherche en matière de matériel ».
Les transistors utilisés sur la puce d'IBM
Une annonce toutefois surprenante
L’annonce d’IBM est étonnante à plusieurs titres. D’abord, IBM n’est pas un nom très souvent associé à des innovations en termes de production de puce informatique, le secteur marchant habituellement plus au rythme d’acteurs comme TSMC, Intel ou Samsung. Ensuite, atteindre une finesse de gravure en 2 nm alors que les leaders du secteur n’ont même pas encore lancé la production de puce 3 nm parait surprenant.
La finesse de gravure d’une puce consiste à donner une idée de combien de transistors il est possible d’installer sur une surface donnée. Plus elle est fine, plus le nombre de transistors est théoriquement élevé et donc plus la puce peut offrir de puissance. Avec des puces en 2 nm, IBM aurait donc coiffé au poteau tout le reste du secteur. Si l’industrie continue d’employer la finesse de gravure comme une sorte d’échelle de l’innovation, des innovations dans la fabrication de puce ont depuis longtemps changé la donne, faisant de la finesse de gravure un argument marketing avant tout. La densité de transistors sur les puces 10 nm par exemple varie du simple au double selon les constructeurs.
En plus, la technologie d’IBM n’est encore qu’au stade de prototype et ne risque pas de se retrouver dans nos smartphones ou nos ordinateurs de si tôt. Annoncer des puces en 2 nm et les fabriquer à grande échelle sont des défis différents. Hors des labos, la réalité d’IBM est bien différente, puisque la société ne prévoit que de commercialiser ses premiers processeurs en 7 nm cette année dans ses serveurs Power Systems.
Aussi, IBM n’a pas d’usine pour produire des puces, à l’instar des fonderies comme TSMC. Autrefois l'un des principaux fabricants de puces, IBM sous-traite aujourd'hui la production de ses puces à haut volume à Samsung Electronics Co Ltd, mais maintient un centre de recherche sur la fabrication de puces à Albany, dans l'État de New York, qui produit des séries de tests de puces et a conclu des accords de développement technologique avec Samsung et Intel Corp pour utiliser la technologie de fabrication de puces d'IBM.
Quoi qu'il en soit, il s'agit d'un aperçu alléchant de l'avenir de la technologie des semi-conducteurs et, même s'il faudra un certain temps avant de parvenir à une production de masse, l'annonce d'IBM montre qu'il y a encore beaucoup de raisons de s'enthousiasmer pour les nouvelles puces.
La nouvelle de la technologie avancée de puce d’IBM intervient dans un contexte de pénurie internationale de puces informatiques et de tentative de réorganisation de la fabrication des puces afin de moins dépendre des grandes fonderies de Chine et de Taïwan. Les constructeurs automobiles ont été contraints de suspendre leur production en raison du manque de pièces informatiques ; les fabricants de smartphones ont prévenu que les sorties de produits pourraient être affectées ; et les composants informatiques haut de gamme tels que les cartes graphiques sont difficiles à trouver et se vendent à des prix élevés.
Source : IBM
Et vous ?
IBM a annoncé avoir créé la première puce en 2 nm au monde. Quels commentaires en faites-vous ? Que pensez-vous des performances de la nouvelle puce ?Voir aussi :
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