Tout est Numérique

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Benisty 2011
29
Le premier circuit intégré
(5 pattes) : Texas Instruments 1958
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30
La « bonne » méthode pour fabriquer les transistors:
Le premier transistor « planar » Fairchild 1959
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31
Le premier circuit intégré commercialisé
Flip-flop de Fairchild pour la NASA1961
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Vers le microprocesseur
Avant :
Chaque puce est spécialisée
(on sépare les fonctions du processeur)
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Intel reprend le marché d'une boite nippone (calculette)
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1er microprocesseur : le 4004
Intel 1971
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La « loi » de Moore
De 60 transistors en 1966…
à 60000 en 1975
Doublement tous les ans
1 000 000 000 en 2000
doublement tous les 18 mois
64
16
8
8192
1024 (= 1K)

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8 bit
16 bit
32 bit
64 bit
second sourcing, cooperation
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ASML TWINSCAN
TWINSCANŖ ASML Dual Wafer Stages
illuminator
mask
Projection
optics
Stage 2:
exposure wafer
Stage 1:
measure position and
height of wafer
mask
handling
wafer
handling
Fabrication : lithographie optique UV
Fabrication CMOS : un cas unique de coopération industrielle (ITRS)
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39
Deux grandes populations
7+ milliards d’habitants100 milliards de transistors
Diamètre 20cm
(aujourd'hui > 30 cm) Diamètre 13 000 km
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Memoire 4 megabits DRAM Siemens 1990
cheveucheveu
60 µm
Condensateur
de la mémoire
DRAM de la PS2
(Sony/Toshiba )
90nm technology devices

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Les tripes du chip de la PS2
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42
Semiconducteurs   Contrôle atomique / épitaxie
Microscopie électronique
Hétérostructure GaAs/GaAlAs
MBE Thomson CSF
Microscopie CNRS Toulouse
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16nm
2.75 nm
16nm
2.75 nm
Grilles de FET plus étroites / fines
Taille d’un transistor - Techno 90nm
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Lois d'échelle : qu'est-ce qui est mieux petit ?
!
!!
!Bénéfice
de la miniaturisation (× 1/α
αα
α)
Dimensions ×1/α
αα
α
transitors/cm2 ×α
αα
α2
22
2
E×1
Tension ×1/α
αα
α
Vitesse ×1/α
αα
α
performance de calcul/cm2 ×α
αα
α3
33
3
Watt/transistor ×1/α
αα
α2
22
2
Watt/cm2 × 1
Résistance/cm ×α
αα
α2
22
2
t
e-
!
!!
!Mais !!!!
Délai de propagation augmente
(& coût )
à 3 GHz , taille puce ~λ
λλ
λ/4n, limite
de la puce synchrone

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III – Limites ... et l'Optique là-dedans ?
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III-1 Tendances dans les µprocesseurs
- 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
"There's plenty of room at the bottom"
On peut ecrire une information ~ avec un seul atome
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Codage ultime ?
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...)
Taille
Energie
Energie de traitement d'info ~ 100 000 kT/bit
"bascule" biologique (ADN) <~ 100 kT
Mais lenteur (pas de transport rapide de l'info)