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Les puces du futur pourraient être 10 fois plus rapides grâce au graphène, une forme allotropique du carbone


Sujet :

Hardware

  1. #1
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    Par défaut Les puces du futur pourraient être 10 fois plus rapides grâce au graphène, une forme allotropique du carbone
    Les puces du futur pourraient être 10 fois plus rapides grâce au graphène, une forme allotropique du carbone
    mais les puces à base de graphène seraient compliquées et coûteuses à produire

    Le graphène serait l'un des candidats les plus sérieux pour remplacer le silicium dans la fabrication des CPU et des GPU. Il fournirait une efficacité dix fois supérieure à celle du silicium tout en maintenant une faible consommation d'énergie. Les scientifiques estiment que le graphène possède de nombreuses propriétés (sous toutes ses formes) qui en font un matériau idéal pour les dispositifs électroniques, notamment une forte conductivité électrique, une grande mobilité des porteurs de charge et une surface active et étendue. Néanmoins, il y a un problème : le graphène n’existe pas à l’état naturel et sa fabrication serait coûteuse.

    La loi de Moore continuant à se rapprocher de ses limites, la technologie actuelle des semiconducteurs à base de silicium atteindra bientôt ses limites, et il sera difficile de fabriquer des Socs de 1 nm et moins. La loi de Moore est une loi empirique qui se rapporte à l'évolution de la puissance de calcul des ordinateurs et de la complexité du matériel informatique. L'auteur, Gordon Moore, a prévu en 1965 que le nombre de composants d'un circuit intégré doublerait chaque année pour atteindre le chiffre étonnant de 65 000 dans les dix prochaines années, ce qui est vraiment arrivé. Lorsque cette prévision s'est révélée exacte en 1975, Moore a révisé la loi.

    Moore a prévu cette fois un doublement des transistors sur une puce tous les deux ans. Depuis lors, sa prédiction a défini la trajectoire de la technologie et, à bien des égards, du progrès lui-même. L'argument de Moore était aussi d'ordre économique. Depuis son apparition, il y a plus de cinquante ans, l’évolution des circuits intégrés a suivi les prévisions de la loi. Cependant, la loi est désormais arrivée à ses limites. D’un autre côté également, certains estiment que la fin de la loi pourrait ralentir le progrès technologique et nuire à des technologies comme l’intelligence artificielle. Il est donc impératif de trouver des alternatives au silicium avant la date fatidique.

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    Cela permettra de continuer à augmenter les performances des puces sans nuire à l'efficacité énergétique. Les puces en graphène seraient la voie à suivre dans cette nouvelle direction technologique, et un certain nombre d'entreprises ont formé un consortium pour s'attaquer à cette technologie. Selon les scientifiques, le graphène pourrait potentiellement offrir des performances dix fois supérieures à celles du silicium tout en maintenant une faible consommation d'énergie. Bien que le silicium soit aujourd'hui populaire en raison de ses rendements élevés et de ses coûts de production acceptables, le graphène pourrait certainement être meilleur.

    Les scientifiques estiment que le graphène est beaucoup plus résistant que le silicium ; en fait, il serait 200 fois plus résistant que l'acier. Malgré cela, il est très léger. Un mètre carré de graphène pèserait moins d'un milligramme. Il serait également très conducteur - tant sur le plan thermique qu'électrique - et pourrait remplacer le cuivre dans ces puces futuristes. IBM a présenté des plaquettes de graphène dès 2010, les recherches sur le graphène ne datent donc pas d'hier. À l'époque, les puces affichaient des fréquences de transistor allant jusqu'à 100 GHz, mais IBM a déclaré qu'elles pouvaient potentiellement atteindre 1 000 GHz.

    Selon les chercheurs de l'entreprise, la clé de cette avancée réside dans une nouvelle technique de fabrication qui permet de déposer le graphène sur la puce sans l'endommager. Jusqu'à présent, il était très difficile d'obtenir du graphène non endommagé. La nouvelle technique serait compatible avec les procédés CMOS (complementary metal oxide semiconductor) standard en silicium, ce qui signifie qu'IBM est plus proche de la réalisation d'une puce informatique commerciale en graphène. Malgré cela, le graphène n'a jamais été utilisé pour la production de masse, et le coût de fabrication en serait la cause.

    Récemment, lors de la 9e conférence internationale sur l'innovation dans le domaine du graphène en Chine, un certain nombre d'entreprises et d'institutions nationales ont créé le consortium pour l'innovation dans le domaine du graphène et du cuivre. Le consortium espère développer des puces à base de graphène qui devraient être au moins dix fois plus puissantes que les puces en silicium en raison de la mobilité beaucoup plus élevée des électrons du graphène, tout en consommant beaucoup moins d'énergie. De nombreuses entreprises de plusieurs pays mènent actuellement des recherches sur les puces en graphène.

    Une fois qu'elles auront été produites en masse avec succès, elles devraient briser le monopole. Selon les analystes, avec le grand nombre d'entreprises qui font des recherches sur le graphène pour remplacer le silicium dans les puces, le marché que TSMC et Samsung Electronics dominent, voire monopolisent, sera plus ouvert pour que les entreprises et les institutions puissent profiter de cette technologie. Les limitations les plus importantes du graphène dans les puces se situent au niveau du coût de fabrication et de développement. Les puces à base de graphène sont compliquées à produire et leur création est très coûteuse.

    À ce propos, selon les analystes, même si nous approchons des limites de ce que les puces à base de silicium peuvent faire (ou de la loi de Moore), elles sont au moins largement disponibles et beaucoup moins chères à fabriquer. Plusieurs années se sont écoulées depuis l'introduction de la théorie, mais jusqu'ici, personne n'a obtenu un niveau stable pour commencer à produire en masse des puces en graphène pour le monde. En raison de ces limitations (la complexité et le coût très élevé de la production), il est difficile de dire si, et quand, elles entreront dans la production de masse à une échelle qui pourrait avoir un impact.

    Les scientifiques explorent également d'autres voies, peut-être beaucoup plus farfelues. Selon des chercheurs de l'université d'État de Washington (WSU), l'avenir des puces informatiques neuromorphiques pourrait se trouver dans du miel. Les scientifiques impliqués dans l'étude affirment que cette technologie pourrait ouvrir la voie à une informatique durable, biodégradable et extrêmement rapide. Les ingénieurs de la WSU pensent que le miel pourrait être la clé pour rendre l'informatique écologique tout en étant suffisamment puissant pour imiter le fonctionnement d'un cerveau humain.

    Cette forme d'informatique, conçue pour simuler le fonctionnement des neurones du cerveau, est appelée "informatique neuromorphique". L'informatique neuromorphique est censée servir de pont entre le cerveau humain et la technologie, en permettant à des systèmes autonomes de simuler quelque chose de proche de la cognition humaine. Ces systèmes sont censés être beaucoup plus rapides et moins gourmands en énergie que les meilleurs PC actuellement disponibles. Il semble maintenant que le miel pourrait contribuer à rendre ces appareils futuristes beaucoup plus durables pour notre planète.

    Les ingénieurs de la WSU ont réussi à créer un memristor fonctionnel à partir de miel. Un memristor est un composant similaire à un transistor, capable de traiter et de stocker des données en mémoire, à la manière du cerveau humain. Ces dispositifs sont infiniment petits - dans le cas de cette étude, le memristor était de la largeur d'un cheveu humain, mais il doit être rendu beaucoup plus petit afin de servir son objectif dans le futur. La taille cible sera d'environ 1/1000 de cheveu humain, ce qui signifie que ces memristors devront être développés à l'échelle nanométrique.

    En effet, des millions, voire des milliards, de memristors seront utilisés pour construire un système informatique neuromorphique complet, fonctionnel et performant. À titre de comparaison, le cerveau humain compte plus de 100 milliards de neurones, soit plus de 1 000 milliards de synapses. Feng Zhao, professeur associé de l'école d'ingénierie et d'informatique de la WSU, est le co-auteur de l'étude aux côtés d'un étudiant diplômé, Brandon Sueoka. Zhao a comparé le memristor fabriqué à partir de miel à un neurone humain, affirmant qu'il possède des fonctionnalités très similaires tout en conservant une très petite taille.

    Par ailleurs, pour faire face à la fin de la loi de Moore, les chercheurs explorent également l'utilisation de papier pour produire des circuits imprimés. La fabrication de circuits imprimés en papier pourrait être l'avenir de l'électronique écologique. Une équipe de recherche de l'Université de l'État de New York à Binghamton s'est penchée sur la question de la création de circuits imprimés en papier et, selon l'étude, elle a réussi.

    Baptisée "Integrated Papertronic Techniques", l'étude explore l'intégration de résistances, de supercondensateurs et de transistors sur une feuille de papier mince et flexible. À la fin de la vie du produit, un tel circuit imprimé pourrait être recyclé ou simplement détruit sans nuire à l'environnement.

    Source : Kuai Technology

    Et vous ?

    Quel est votre avis sur le sujet ?
    Selon vous, sommes préparés à la fin de la loi de Moore ?
    Que pensez-vous de l'utilisation du graphène comme une alternative au silicium ?
    Pensez-vous que l'industrie pourrait un jour produire en masse des puces en graphène pour le monde ?
    Que pensez-vous des autres potentielles alternatives au silicium, notamment le miel ou le papier ?

    Voir aussi

    Sommes-nous préparés à la fin de la loi de Moore ? Elle a alimenté la prospérité des 50 dernières années, mais la fin est maintenant en vue

    IBM voit au-delà du 7 nm et mise le graphène en nanotechnologie pour déposer des nanomatériaux sur des wafers et créer des puces plus performantes

    50 ans de la loi de Moore : l'auteur étonné qu'elle ait façonné l'industrie technologique aussi longtemps, il prédit sa fin dans une dizaine d'années

    Des chercheurs réalisent un processeur RISC-V 16 bits en nanotubes de carbone, un exploit en dépit des performances limitées
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  2. #2
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    Sur les 45 milliard de l'Europe, ça serait bien qu'ils saisissent le créneau à mon avis.

  3. #3
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    Quel est votre avis sur le sujet ?
    Petit point qui ne cesse de me piquer depuis au moins quelques années quant aux promesses indirectes de miniaturisation sans fin.
    Il y a une limite vers laquelle nous nous approchons, qui sera atteinte dans 5 ou 6 itérations d'un doublement de la miniaturisation. Je ne parle pas du nombre de transistors, mais bien de la finesse de gravure. C'est la distance séparant 2 atomes (distance interatomique).

    La distance interatomique est énormément sujet à variations en fonction de la nature de l'élément (nucléons), sa configuration dimensionnelle (moléculaire), son niveau d'énergie, sa constitution (isotopique)... on peut généraliser comme ceci :

    0,1 nm = 1 Å (ångström) = 100 pm (picomètre)

    rayon atomique : de 30 à 300 pm
    rayon nucléique : environ 1/10'000e du rayon atomique
    longueur d'une liaison chimique : de 70 à 270 pm
    distance interatomique = 2x le rayon de covalence --> longueur d'une liaison chimique

    Pour faire simple, un atome (et son nuage d'électron) mesure entre 0,03 et 0,3 nm... la taille de leur noyau est 10 000 fois plus petite... et la distance séparant 2 atomes liés oscille entre 0,07 et 0,27 nm.

    Et pour les matières utilisées dans la nanoélectronique de 2020, on peut même restreindre à :
    un rayon atomique mesure de 0,1 à 0,15 nm, et la distance interatomique entre 0,15 et 0,20 nm.
    On imagine donc assez facilement qu'un énorme problème surviendra dans une quinzaine d'années, arrivé à 0,2 nanomètre de précision (distance interatomique).

    Je pense pour ma part, que nous atteindrons la commercialisation du graphène avant de butter sur cette limite intrinsèque, mais elle occasionnera un certains nombre d'accroissements de difficultés à mesure que l'on s'en rapprochera.

    Mais avant d'y arriver, la quinzaine d'années qui nous y amènera nous promet de magnifiques améliorations en terme de gestion d'isolation et de routage de la chaleur au sein de nos cher petites puces ! =)
    Que ce soit par un transport calorifique par le graphène, une transduction vers un autre état d'énergie, ou encore une maîtrise du mode de propagation balistique de la chaleur sur les 200 premiers nanomètres (en place d'une propagation sphérique).
    ...de quoi fortement limiter la propagation de la chaleur dans les zones voisines.
    Bon, pour l'instant ça ne concerne que 15% de la chaleur dégagé... mais à 30-50% ça amènera déjà de grandes possibilités.

    Voici l'article en question sur le routage de la chaleur, un article de 2 minutes de lecture sans rien de bien compliqué :
    http://www.cnrs.fr/insis/recherche/a...n-chaleur.html

    Selon vous, sommes préparés à la fin de la loi de Moore ?
    non, et je ne pense pas qu'on le soit d'avantage dans 20 ans. On ne cherche pas a vivre sans, mais à repousser toujours plus loin l’inéluctable. Tant que cette approche est adopté, il n'est pas possible de s'y préparer.

    Que pensez-vous de l'utilisation du graphène comme une alternative au silicium ?
    Le graphène annonce de belles promesses, mais il ne mesure qu'un nanomètre d'épaisseur... il est toujours passé sous silence le substrat mécanique sur lequel est "posé" le graphène.
    J'ai hâte d'avoir plus d'information sur ce détail.
    Pensez à utiliser les pouces d’appréciation, pour participer à la visibilité de l'apport d'un propos, ou l'intérêt que vous y prêtez... qu'il soit positif ou négatif.

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