Bye-bye silicium ? : un microprocesseur de pointe à partir de nanotubes de carbone

Un groupe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a mis au point un nouveau microprocesseur moderne à partir de transistors en nanotube de carbone, qui sont largement considérés comme une alternative plus rapide et plus écologique que leurs équivalents traditionnels en silicium.

Le microprocesseur peut être fabriqué à l’aide de procédés traditionnels de fabrication de puces de silicium et représente une étape importante vers la fabrication de microprocesseurs à nanotubes de carbone plus pratiques.

Image d’entête : un microprocesseur moderne sous microscope construit à partir de transistors à effet de champ à nanotubes de carbone (CNFET). (Felice Frankel)

Les transistors en silicium sont utilisés dans l’industrie informatique depuis des décennies. L’industrie a été en mesure de rétrécir et d’entasser un plus grand nombre de transistors sur les puces tous les deux ans pour aider à effectuer des calculs de plus en plus complexes. Mais les experts prévoient maintenant le moment où les transistors en silicium cesseront de rétrécir.

La fabrication de transistors à effet de champ à nanotubes de carbone (CNFET pour Carbon Nanotube Field Effect Transistor) est devenue un objectif majeur dans la construction des ordinateurs de nouvelle génération. Les recherches indiquent qu’ils ont des propriétés qui promettent environ 10 fois plus d’efficacité énergétique et des vitesses bien supérieures à celles du silicium. Mais lorsqu’ils sont fabriqués à l’échelle, les transistors présentent souvent de nombreux défauts.

Les chercheurs du MIT ont inventé de nouvelles techniques pour limiter considérablement les défauts et permettre un contrôle fonctionnel complet dans la fabrication des CNFET, en utilisant des procédés dans les fonderies traditionnelles de puces de silicium. Ils ont fait la démonstration d’un microprocesseur 16 bits avec plus de 14 000 CNFET qui effectuent les mêmes tâches que les microprocesseurs commerciaux.

Image tirée de l’étude : un réseau de puces en nanotubes de carbone sur un wafer. (Hills et col./ Nature)

Selon Max M. Shulaker, coauteur du document :

Il s’agit de loin de la puce la plus avancée issue d’une nanotechnologie émergente prometteuse pour l’informatique haute performance et économe en énergie. Il y a des limites au silicium. Si nous voulons continuer à faire des progrès en informatique, les nanotubes de carbone représentent l’un des moyens les plus prometteurs pour surmonter ces limites.

Mais le nouveau microprocesseur à nanotubes de carbone n’est pas encore prêt à prendre le relais des puces en silicium. Chacun d’eux est d’environ un micromètre de diamètre, comparé aux transistors de silicium actuels qui sont des dizaines de nanomètres de diamètre. Chaque transistor à nanotube de carbone de ce prototype peut s’activer environ un million de fois par seconde, alors que c’est plusieurs milliards de fois par seconde pour les transistors en silicium.

La miniaturisation des transistors à nanotubes aiderait l’électricité à les traverser avec moins de résistance, ce qui permettrait aux dispositifs de s’allumer et de s’éteindre plus rapidement. En même temps, aligner les nanotubes en parallèle, plutôt que d’utiliser un maillage orienté au hasard, pourrait également augmenter le courant électrique à travers les transistors pour augmenter la vitesse de traitement.

Les chercheurs ont maintenant commencé à mettre en œuvre leurs techniques de fabrication dans une fonderie de puces en silicium grâce à un programme de la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency/ Etats-Unis), qui a soutenu/ financé la recherche.

Bien que personne ne puisse dire quand les puces entièrement fabriquées à partir de nanotubes de carbone arriveront dans nos ordis, M. Shulaker indique que cela pourrait prendre moins de 5 ans.

L’étude publiée dans Nature : Modern microprocessor built from complementary carbon nanotube transistors et présentée sur le site du Massachusetts Institute of Technology : MIT engineers build advanced microprocessor out of carbon nanotubes.