A quoi ressembleront les transistors en 2047 ?
Attendez-vous à ce que les transistors soient encore plus variés qu’ils ne le sont actuellement, déclare un expert. Tout comme les processeurs ont évolué à partir des CPU pour inclure les GPU, les processeurs de réseau, les accélérateurs d’IA et d’autres puces informatiques spécialisées, les transistors évolueront pour s’adapter à une variété d’objectifs. « La technologie des appareils deviendra spécifique au domaine d’application de la même manière que l’architecture informatique est devenue spécifique au domaine d’application », déclare H.-S. Philip Wong, membre de l’IEEE, professeur de génie électrique à l’Université de Stanford et ancien vice-président de la recherche d’entreprise chez TSMC.
Malgré la variété, le principe de fonctionnement fondamental – l’effet de champ qui allume et éteint les transistors – restera probablement le même, suggère Suman Datta, membre de l’IEEE, professeur d’électricité et d’informatique à Georgia Tech et directeur de la nanotechnologie multi-universitaire. centre de recherche ASCENT. Cet appareil aura probablement des dimensions critiques minimales de 1 nanomètre ou moins, permettant des densités d’appareils de 10 billions par centimètre carré, déclare Tsu-Jae King Liu, membre de l’IEEE, doyen de la faculté d’ingénierie de l’Université de Californie à Berkeley, et membre du conseil d’administration d’Intel.
“Il est prudent de supposer que les architectures de transistors ou de commutateurs de 2047 ont déjà été démontrées à l’échelle du laboratoire”—Sri Samavedam
Les experts semblent convenir que le transistor de 2047 aura besoin de nouveaux matériaux et probablement d’une architecture empilée ou 3D, développant le transistor à effet de champ complémentaire prévu (CFET, ou CMOS empilé 3D). [For more on the CFET, see “Taking Moore’s Law to New Heights.”] Et le canal du transistor, qui est désormais parallèle au plan du silicium, devra peut-être devenir vertical afin de continuer à augmenter en densité, explique Datta.
Richard Schultz, senior fellow d’AMD, suggère que l’objectif principal du développement de ces nouveaux appareils sera la puissance. “L’accent sera mis sur la réduction de la consommation d’énergie et sur le besoin de solutions de refroidissement avancées”, a-t-il déclaré. “Il est nécessaire de se concentrer sur les appareils qui fonctionnent à des tensions inférieures.”
Les transistors seront-ils toujours au cœur de la plupart des ordinateurs dans 25 ans ?
Il est difficile d’imaginer un monde où l’informatique ne se fait pas avec des transistors, mais, bien sûr, les tubes à vide étaient autrefois le commutateur numérique de choix. Le financement de démarrage pour l’informatique quantique, qui ne repose pas directement sur les transistors, a atteint 1,4 milliard de dollars américains en 2021, selon McKinsey & Co.
Mais les progrès de l’informatique quantique ne se produiront pas assez vite pour défier le transistor d’ici 2047, selon les experts en dispositifs électroniques. “Les transistors resteront l’élément informatique le plus important”, déclare Sayeef Salahuddin, membre de l’IEEE et professeur de génie électrique et d’informatique à l’Université de Californie à Berkeley. “Actuellement, même avec un ordinateur quantique idéal, les domaines d’application potentiels semblent plutôt limités par rapport aux ordinateurs classiques.”
Sri Samavedam, vice-président senior des technologies CMOS au centre européen de R&D sur les puces Imec, est d’accord. “Les transistors resteront des éléments informatiques très importants pour la majorité des applications de calcul à usage général”, déclare Samavedam. “On ne peut ignorer les gains d’efficacité réalisés au cours de décennies d’optimisation continue des transistors.”
Le transistor de 2047 a-t-il déjà été inventé ?
Vingt-cinq ans, c’est long, mais dans le monde de la R&D sur les semi-conducteurs, ce n’est pas si long. “Dans cette industrie, il faut généralement environ 20 ans pour [demonstrating a concept] à l’introduction dans la fabrication », explique Samavedam. “Il est prudent de supposer que les architectures de transistors ou de commutateurs de 2047 ont déjà été démontrées à l’échelle du laboratoire”, même si les matériaux impliqués ne seront pas exactement les mêmes. King Liu, qui a fait la démonstration du FinFET moderne il y a environ 25 ans avec des collègues de Berkeley, est d’accord.
Mais l’idée que le transistor de 2047 se trouve déjà dans un laboratoire quelque part n’est pas universellement partagée. Salahuddin, pour sa part, ne pense pas que cela ait encore été inventé. “Mais tout comme le FinFET dans les années 1990, il est possible de faire une prédiction raisonnable pour la structure géométrique” des futurs transistors, dit-il.
Schultz d’AMD dit que vous pouvez entrevoir cette structure dans les dispositifs empilés 3D proposés constitués de semi-conducteurs 2D ou de semi-conducteurs à base de carbone. “Les matériaux de l’appareil qui n’ont pas encore été inventés pourraient également être concernés dans cette période”, ajoute-t-il.
Le silicium sera-t-il toujours la partie active de la plupart des transistors en 2047 ?
Les experts disent que le cœur de la plupart des dispositifs, la région du canal du transistor, sera toujours en silicium, ou peut-être en silicium-germanium – qui fait déjà des percées – ou en germanium. Mais en 2047, de nombreuses puces pourraient utiliser des semi-conducteurs considérés aujourd’hui comme exotiques. Ceux-ci pourraient inclure des semi-conducteurs d’oxyde comme l’oxyde de zinc indium gallium; les semi-conducteurs 2D, tels que le disulfure de tungstène dichalcogénure métallique ; et les semi-conducteurs unidimensionnels, tels que les nanotubes de carbone. Ou même “d’autres encore à inventer”, dit Samavedam d’Imec.
“Les transistors resteront l’élément informatique le plus important”—Sayeef Salahuddin
Les puces à base de silicium peuvent être intégrées dans le même boîtier avec des puces qui reposent sur des matériaux plus récents, tout comme les fabricants de processeurs intègrent aujourd’hui des puces utilisant différentes technologies de fabrication de silicium dans le même boîtier, note Gabriel Loh, chercheur principal chez AMD.
Quel matériau semi-conducteur est au cœur de l’appareil peut même ne pas être la question centrale en 2047. “Le choix du matériau du canal sera essentiellement dicté par le matériau le plus compatible avec de nombreux autres matériaux qui forment d’autres parties de l’appareil”, dit Salahuddin. Et nous en savons beaucoup sur l’intégration de matériaux avec du silicium.
En 2047, où les transistors seront-ils communs là où on ne les trouve pas aujourd’hui ?
Partout. Non sérieusement. Les experts s’attendent vraiment à ce qu’une certaine quantité d’intelligence et de détection se glisse dans tous les aspects de notre vie. Cela signifie que des appareils seront attachés à notre corps et implantés à l’intérieur de celui-ci ; intégré dans toutes sortes d’infrastructures, y compris les routes, les murs et les maisons ; tissé dans nos vêtements; collé à notre nourriture; se balançant dans la brise dans les champs de céréales ; surveiller à peu près chaque étape de chaque chaîne d’approvisionnement ; et faire beaucoup d’autres choses dans des endroits auxquels personne n’a encore pensé.
Les transistors seront “partout qui ont besoin de calcul, de commande et de contrôle, de communications, de collecte de données, de stockage et d’analyse, d’intelligence, de détection et d’actionnement, d’interaction avec les humains ou d’un portail d’entrée vers le monde de la réalité virtuelle et mixte”, résume Wong de Stanford.
Cet article apparaît dans le numéro imprimé de décembre 2022 sous le titre “Le transistor de 2047”.
