En annonçant en juin que ses processeurs pourraient atteindre 20 GHz, Intel avait lancé un défi audacieux à ses pairs. Parmi les questions posées, celle de l’augmentation exponentielle de l’émission de chaleur des processeurs au fur et à mesure qu’ils montent en fréquence.“Sur la base de l’architecture actuelle, la chaleur dégagée par un Pentium 4 à 20 GHz approcherait celle du c?”ur d’une centrale nucléaire”, ironisait-on chez Sun comme chez Transmeta.
Les vertus de l’oxyde de zirconium
L’émission de chaleur n’est d’ailleurs qu’un des problèmes que les chercheurs d’Intel espèrent avoir résolus. “Le principal problème tient à l’intégrité du signal, explique Rob Warner, directeur de recherche chez Intel. Plus le transistor est petit, et plus il est sujet aux interférences.”Courants résiduels qui continuent de consommer l’électricité des batteries d’un ordinateur portable, même une fois celui-ci éteint, charges d’électrons accumulées dans la superstructure entourant le transistor et qui en change de façon aléatoire le comportement logique, phénomènes d’électricité statique qui conduisent des transistors de couches différentes à se perturber entre eux… la liste des obstacles à la réalisation de processeurs équipés de transistors à 1 THz est encore longue.Pour contourner ces difficultés, les chercheurs d’Intel proposent d’abord de remplacer le matériau isolant qui sépare entre elles les grilles de transistors d’un processeur par de l’oxyde de zirconium. “L’oxyde de silicone, actuellement utilisé, n’est pas assez imperméable pour être exploité avec des transistors mille fois plus petits”, poursuit Rob Warner.Mais la principale innovation réside dans le changement d’architecture. “Dans un processeur, un transistor communique avec les autres par une connexion entrante, ou source, et sortante, appelée le drain, expose Rob Warner. Or, plus on miniaturise la taille du transistor, plus la résistance électrique du drain, devenu beaucoup plus fin, augmente, perturbant la transmission du signal.”
Les chercheurs d’Intel ont donc travaillé à la réduction de la taille des canaux d’entrée/sortie du processeur et à la suppression des espaces intermédiaires.Résultat, une architecture plus compacte, où le transistor est construit directement sur la couche isolante. La surface de contact des canaux d’entrée/sortie est également augmentée, de telle sorte qu’elle compense l’augmentation de la résistance liée à leur miniaturisation. L’émission de chaleur se trouverait diminuée d’autant. L’objectif d’Intel, encore loin d’être atteint cependant, de l’aveu même des chercheurs, serait de fabriquer un processeur à 10 GHz ne consommant que 0,6 V.
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