Processeurs : un mur technologique attendu pour 2021

Le rétrécissement permanent de la taille des transistors, qui a permis aux industriels d’en ajouter toujours plus dans les microprocesseurs, devrait très bientôt se heurter à un mur. C’est l’analyse qui a été faite ces jours-ci par l’association des fabricants de semi-conducteurs (SIA), dans le cadre de la publication du rapport ITRS, qui est une feuille de route pour les années à venir.

Et ce mur, c’est en 2021 que l’industrie des microprocesseurs risque de se le prendre.

Les projections établies par le SIA, qui compte dans ses rangs 14 membres dont Intel, AMD, Qualcomm ou encore Texas Instruments, estiment qu’il ne sera pas possible de descendre à une finesse de gravure beaucoup plus basse de ce que l’on connaît déjà. Intel, à titre d’exemple, commercialise une classe de processeurs dont la précision de gravure doit atteindre 10 nanomètres.

Une gravure toujours plus fine.

Ce sera alors un plancher pour les fabricants, qui vont devoir élaborer de nouvelles stratégies pour continuer à faire progresser l’industrie des semi-conducteurs.

Le rapport daté de 2015 de l’ITRS est donc plus pessimiste que l’édition précédente. En 2013, il était prévu que la longue de grille d’un transistor atteigne 10 nanomètres en 2021, passe ensuite deux autres paliers inférieurs en 2023 et 2025 pour atteindre en 2028 le seuil des 5 nanomètres. Mais à supposer que cette prédiction soit juste, elle ne signera pas pour autant la fin des «  lois de Moore ».

Ces lois, en fait des conjectures, sont une extrapolation empirique fondée sur une prédiction de Gordon Moore, le cofondateur d’Intel, qui sert aujourd’hui de boussole pour toute l’industrie électronique. Elles exposent que la puissance des processeurs double tous les deux ans. Si cette extrapolation ne se vérifie pas au sens strict, elle suit toutefois une trajectoire relativement proche.

Gordon Moore.

Faut-il donc s’attendre à la fin de la prévision de Moore en 2021, faute de pouvoir continuer à ajouter toujours plus de transistors dans le microprocesseur ?

Si des contraintes physiques liées au silicium vont probablement la remettre en cause partiellement, il est sans doute un peu tôt pour l’enterrer une bonne fois pour toutes. En effet, des solutions alternatives sont d’ores et déjà envisagées pour prendre le relais. Et il ne s’agit pas nécessairement de basculer dans l’informatique quantique, même si des groupes comme Intel y travaillent.

Changer le design de conception des processeurs

C’est ce que note par exemple Ars Technica. Pour continuer à faire progresser les puces qui se trouvent dans les ordinateurs, il va falloir repenser leur forme et la manière dont elles sont refroidies. En particulier, il faudra réfléchir à concevoir des structures en « 3D », soit en développant les microprocesseurs verticalement, soit horizontalement. L’approche VGAA (vertical gate-all-around) en est un exemple.

La limite mise en avant par l’ITRS n’est pas nécessairement infranchissable. Les industriels pourraient probablement la franchir. Certains le feront peut-être. Mais Ars Technica signale qu’une réduction sous la barre des 10 nanomètres ne sera pas viable économiquement pour les industriels. D’où l’idée de s’arrêter à ce seuil et de commencer à explorer d’autres solutions pour continuer à progresser.

Ce printemps, le responsable de la technologie et de la production chez Intel, William Holt, faisait remarquer que les conjectures de Moore deviennent difficiles à suivre. Il expliquait alors que le secteur pourra continuer dans cette voie pour deux générations (soit quatre ou cinq ans, ce qui cadre avec la date envisagée par l’ITRS), avec une taille des transistors en silicium qui pourrait atteindre 7 nanomètres.

Au-delà, il sera ardu de poursuivre la miniaturisation avec une hausse des performances. Deux percées sont toutefois envisagées par Intel : la première est nommée spintronique et consiste à réduire considérablement la consommation d’énergie, la seconde regroupe les transistors à effet tunnel. Mais ces pistes très intéressantes quoique très expérimentales risquent de se faire au détriment des performances.