Tout est Numérique

La « bonne » méthode pour fabriquer les transistors:
Le premier transistor « planar » Fairchild 1959
Le premier circuit intégré
(5 pattes) : Texas Instruments 1958
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TOUT EST NUMERIQUE – Benisty 2011
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Le premier circuit intégré commercialisé
Flip-flop de Fairchild pour la NASA1961
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Vers le microprocesseur
Intel reprend le marché d'une boite nippone (calculette)
Avant :
Chaque puce est spécialisée
(on sépare les fonctions du processeur)
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1er microprocesseur : le 4004
Intel 1971
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8192
La « loi » de Moore
1024 (= 1K)
64
16
8
De 60 transistors en 1966…
à 60000 en 1975
Doublement tous les ans
1 000 000 000 en 2000
doublement tous les 18 mois
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Fabrication : lithographie optique UV
TWINSCANŖ ASML Dual Wafer Stages
mask
Projection
optics
64 bit
mask
handling
illuminator
32 bit
wafer
handling
16 bit
Stage 1:
measure position and
height of wafer
Stage 2:
exposure wafer
ASML TWINSCAN
8 bit
Fabrication CMOS : un cas unique de coopération industrielle (ITRS)
second sourcing, cooperation
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Memoire 4 megabits DRAM Siemens 1990
Deux grandes populations
100 milliards de transistors
7+ milliards d’habitants
cheveu
60 µm
Condensateur
de la mémoire
Diamètre 20cm
(aujourd'hui > 30 cm)
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DRAM de la PS2
(Sony/Toshiba )
90nm technology devices
Diamètre 13 000 km
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Semiconducteurs Contrôle atomique / épitaxie
Les tripes du chip de la PS2
Microscopie électronique
Hétérostructure GaAs/GaAlAs
MBE Thomson CSF
Microscopie CNRS Toulouse
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Lois d'échelle : qu'est-ce qui est mieux petit ?
Grilles de FET plus étroites / fines
Dimensions
! Bénéfice
de la miniaturisation (× 1/α
α)
16
nm
2.
75
nm
! Mais !!!!
transitors/cm2
E
Tension
× 1/α
α
× α2
×1
× 1/α
α
Vitesse
× 1/α
α
performance de calcul/cm2
× α3
Watt/transistor
Watt/cm2
× 1/α
α2
×1
Résistance/cm
× α2
(& coût )
et
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Taille d’un transistor - Techno 90nm
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Délai de propagation augmente
à 3 GHz , taille puce ~λ
λ/4n, limite
de la puce synchrone
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III-1 Tendances dans les µprocesseurs
III – Limites ... et l'Optique là-dedans ?
- La vitesse d'horloge plafonne à ~3 GHz depuis ~2005
- L'augmentation de la puissance de calcul se poursuit
par les techniques multi-coeurs
(bientot 64 , peut etre 1024), donc autour de l'architecture
- Un processeur ressemble en gros à deux plaques capacitives entre
lesquelles on établit (et on dissipe !) de l'énergie
aux fréquences micro-ondes (2.2 GHz pour le four : pic d'absorption de l'eau)!
Dissipation car commutation
(car traitement de l'information conduisant à l'augmentation de l'entropie !)
- On prédit qu'on va buter "bientôt", (tmax recule de presque 1 an par an)
Alors ?
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R. Feynman December 29th 1959
Codage ultime ?
"There's plenty of room at the bottom"
On peut ecrire une information ~ avec un seul atome
Taille
1 bit
sur ?? 1 atome ?? 1 molécule ??
OU
des "qubits" = des fonctions d'onde,
pas "juste" des particules.
(degrés de libertés continus d'objets discrets...)
Energie
Energie de traitement d'info ~ 100 000 kT/bit
"bascule" biologique (ADN) <~ 100 kT
Mais lenteur (pas de transport rapide de l'info)
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Paradigme silicium, concurrents, limites
III-2 L'optique là-dedans ?
Les fausses bonnes nouvelles
- Photolithographie, énorme parallélisme + contrôle dimensionnel
$Ordinateur GaAs (électrons plus mobile)
$Ordinateur Optique (photons au lieu des e-) : énergie >> 10000 kT
(même sur des niches)
- Stockage/lecture bas-cout : CD, DVD, Blu-Ray
(diode laser à double hétérostructure = Nobel 2000)
$Ordinateur moléculaire : connexion ? fiabilité ?
Grain de sel
Les nouvelles pas claires
- Télécom optique : fibre basse perte (2% / km à 1,55 µm),
infiniment meilleur qu'une conduction métallique
Ampli Erbium (régénération optique)
-> Comm. Transocéaniques
$Le calcul quantique
$Les architectures (... le retour de l'optique ?)
Les besoins ?
$pas plus que ~ le cerveau humain ? (2020?)
-- pour 20 Watts --
- Belles niches : souris, code-barre
- Caméra (CMOS) & Affichage ! (LCD, plasma, LEDs...)
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III-3 L'optique là-dedans ?
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III-3 L'optique là-dedans ? Photonique silicium
waveguide
10 µm
"IBM Preps Optics
to Replace Copper
Interconnects"
waveguide
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Une analogie possible
place future de l'optique
Communication
1940 1960
1960
2000
1990 2020
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Commutation
téléphone
(câble)
Bell
Calcul
10010010010 0 10 0 10 0 0 0 0
10010 10 0 00 0 011111111110 0 0 0 0 0
111110 0 000000000000001111111111111
Transistor
Circuit intégré
Fairchild, Intel, TI...
111111111111111110000000000000
CMOS, microprocesseur, CD&DVD, Disque dur
( merci de votre attention !)
Commutation
données
fibre optique
?
communication
optique
- entre coeurs
- entre chips
- entre "boards"
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