Va-t-on enfin voir se réaliser le fantasme de l’implémentation de processeurs sur tous les objets du quotidien comme les bouteilles de lait, les t-shirts ou encore les magazines papiers ?
Une étape en ce sens vient d’être franchie par des chercheurs d’ARM, responsable des architectures et jeux d’instruction de milliards de puces dans le monde. Ces chercheurs ont ainsi présenté PlasticARM dans un article scientifique, qui est, selon eux, le premier vrai processeur (vraiment) pliable.
Retour aux sources d’ARM
D’Apple avec son M1 en passant par Qualcomm ou encore Ampere, les actualités récentes d’ARM tournent autour de la montée en puissance de cette architecture – il vaudrait mieux dire jeux d’instructions, mais les habitudes ont la vie dure… Or, le succès originel d’ARM vient de puces embarquées, à basse consommation énergétique, domaine dans lequel PlasticARM s’inscrit pleinement.
Cette puce est à peine un embryon quand on la compare à la puissance des puces susmentionnées. Conçue sur une version simplifiée de l’architecture Cortex M0+, elle n’intègre qu’un peu plus de 18 000 gates de transistors, fonctionne à seulement 29 kHertz, n’embarque que 456 octets de ROM et 128 octets de RAM. Ne parlez pas de nanomètres pour la gravure, puisque le procédé employé est en 0,8 micron.
Mais elle est pleinement opérationnelle, dispose de contacteurs externes pour être interfacées avec d’autres puces (antennes, DSP, capteurs, etc.). Et surtout elle n’est pas conçue avec les lourds et coûteux procédés des puces traditionnelles, à base silicium sous forme cristalline, mais sur un procédé qui emploie du silicium sous forme amorphe (comme les panneaux solaires ou les écrans LCD) et un substrat plastique flexible.
Ce procédé appelé « metal-oxyde TFT » a permis aux chercheurs de produire une puce limitée dans bien des domaines, mais intégrable aussi bien sur l’étiquette d’une paire de jeans que sur le côté d’une boîte de conserve.
Il existe déjà des composants électroniques pliables comme les puces NFC, intégrées dans certaines étiquettes. C’est sur certains principes de fabrications à très faible coût qu’a été produite la puce PlasticARM.
Mais quand la plupart de ces composants sont passifs, PlasticARM est un vrai processeur qui peut effectuer des calculs. Avec les bons équipements, les bonnes interfaces, les usages sont intéressants, mais restent à inventer.
Des promesses et des limites
Ceux qui apportent les technologies en ce monde entrevoient rarement tous les usages qui peuvent en être faits. Les ingénieurs d’ARM ne font pas exception. Si des catégories comme les wearables, les packagings alimentaires, les consommables médicaux, etc. sont cités, l’équipe d’ARM ne va pas plus loin dans les usages.
Là où les concepteurs de la puce sont plus précis, c’est dans les limites à dépasser pour transformer ce projet de recherche en puissance de calcul réellement utilisable.
Pour commencer, il va falloir trouver des procédés, tout aussi peu coûteux – c’est très important pour une puce vouée à vivre sur des étiquettes ! – mais permettant d’augmenter la densité des transistors.
Ensuite, il va falloir augmenter de manière importante l’efficacité énergétique, qui est pour l’heure déplorable par rapport à nos puces actuelles. Si les 21 milliwatts à 27 kHz semblent négligeables, il n’en est rien. Une puce Cortex M0+ traditionnelle cadencée à 1 Mz (soit x37 plus rapide) ne consomme que 10 microwatts (soit 2 100 fois moins !).
Selon les chercheurs, si le système de production actuel permet d’envisager de quintupler la puissance (de 18 000 à 100 000 gates), pour passer au million il faudrait faire appel à une conception CMOS classique, mais toujours flexible.
Ici, ce sont moins les concepteurs d’architectures processeurs comme ARM dont on attend une réponse, que des chimistes qui travaillent pour les géants des semi-conducteurs. Des magiciens des molécules qui sont, avec leurs amis physiciens, la pierre angulaire de toute amélioration des procédés de gravure.
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L’environnement à prendre en compte
Sans jouer les luddites ou les réfractaires au progrès, il faut replacer cette avancée potentielle dans un contexte de dérèglement climatique majeur et de problèmes de recyclage des composants électroniques.
Si la prouesse technologique d’ARM est à saluer et promet des usages très intéressants, il faut espérer que quelque part dans une ou plusieurs entreprises de semi-conducteurs, des chercheurs et ingénieurs cherchent des solutions pour une production pas ou peu polluante de ce genre de puces. Sans oublier évidemment la fin de vie de ces puces flexibles, qui doit être prise en compte.
Le recyclage de puces classiques, que l’on garde des années, pose problème, imaginez un peu le défi que représenteraient des puces que l’on retrouverait sur tous les paquets de céréales…
Sources : Nature via ArsTechnica
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