L'ordinateur à nanotubes le plus avancé au monde pourrait maintenir la loi de Moore en vie

Photographie de près d'un nanotube Heureux Frankel

Une équipe d'universitaires du MIT a dévoilé la puce la plus avancée au monde à ce jour, fabriquée à partir de nanotubes de carbone, des cylindres dont les parois ont la largeur d'un seul atome de carbone. Le nouveau microprocesseur, capable d'exécuter un logiciel conventionnel, pourrait constituer une étape importante sur la voie de la recherche d'alternatives au silicium.

L'industrie électronique est aux prises avec un ralentissement de la loi de Moore, qui stipule que le nombre de transistors pouvant être emballés sur un processeur au silicium double environ tous les deux ans. Cette tendance rencontre ses limites physiques : à mesure que la taille des appareils se réduit à quelques atomes, le courant électrique commence à fuir des canaux métalliques qui le transportent à travers les transistors. La chaleur dégagée sape l'efficacité énergétique des semi-conducteurs et peut même provoquer leur défaillance.

Les nanotubes de carbone pourraient être la solution parfaite. Non seulement les transistors à nanotubes sont plus rapides que ceux au silicium, mais des études ont montré que les puces fabriquées à partir de nanotubes pourraient être jusqu'à dix fois plus économes en énergie. Cette amélioration de l'efficacité pourrait prolonger considérablement la durée de vie de la batterie des gadgets électroniques.

Les chercheurs travaillent sur des puces alternatives impliquant les molécules depuis des décennies, mais les maux de tête de fabrication ont bloqué les processeurs dans les laboratoires de recherche. Dans un document publié dans Nature, l'équipe du MIT affirme avoir trouvé des moyens de surmonter certains des plus grands obstacles à leur production à grande échelle.

Mélangé

Un problème est que lorsque les nanotubes de carbone sont fabriqués, ils sont de deux types mélangés : les premiers sont des semi-conducteurs parfaits pour créer des circuits intégrés, mais le second conduit le courant électrique comme un fil, qui aspire plus d'énergie et peut même miner le fonctionnement d'un circuit. performance. Pour rendre les puces économiquement viables, un moyen rentable de minimiser l'impact de ce dernier groupe est nécessaire.

Un autre problème est que pour fabriquer les puces, une monocouche uniforme de nanotubes de carbone doit être déposée sur une plaquette. Mais cela s'est avéré difficile à faire car les nanotubes ont une fâcheuse tendance à se regrouper. Un paquet d'entre eux qui atterrit sur un transistor peut le mettre hors service.

Ces défis et d'autres ont intrigué Max Shulaker, un professeur du MIT qui a travaillé sur d'autres projets notables dans le domaine et a reçu un financement de la US Defense Advanced Projects Research Agency. développer la technologie des nanotubes .

Le groupe de chercheurs qu'il dirige a développé un microprocesseur 16 bits fonctionnel construit à partir de plus de 14 000 transistors à nanotubes de carbone qui, selon Shulaker, est le plus complexe jamais démontré. Les techniques qu'ils ont mises au point peuvent être mises en œuvre avec des équipements utilisés pour fabriquer des puces en silicium conventionnelles, ce qui signifie que les fabricants de puces n'auront pas à investir dans de nouveaux équipements coûteux s'ils veulent fabriquer des processeurs à nanotubes.

Lorsqu'ils se sont penchés sur le problème du mélange, les chercheurs ont découvert que certains types de portes logiques, qui sont des éléments fondamentaux des circuits numériques, étaient plus résistants que d'autres aux problèmes déclenchés par les nanotubes de type métallique. Cela les a amenés à développer une nouvelle conception de circuit qui donne la priorité à ces portes, tout en minimisant l'utilisation de celles métalliques plus sensibles.

Pour résoudre le problème de regroupement, ils ont recouvert une plaquette d'un polymère, puis l'ont soigneusement lavée par étapes. Cela a éliminé les amas de nanotubes, laissant derrière eux la monocouche nécessaire pour que la puce fonctionne plus efficacement.

La voie à suivre

La puce que les chercheurs du MIT ont produite à l'aide de ces techniques est capable d'exécuter un programme simple qui produit le message Hello, World. Mais s'ils doivent remplacer les processeurs au silicium, ceux à base de nanotubes de carbone auront finalement besoin de milliards de transistors pour pouvoir exécuter des logiciels avancés.

IBM, qui a déclaré il y a quelques années qu'il espérait que les puces à nanotubes de carbone prendraient le relais des puces en silicium d'ici 2020, travaille également sur des projets impliquant cette technologie. Mais les efforts n'ont jusqu'à présent pas réussi à trouver un moyen de traduire les percées des laboratoires en fabrication pratique. Les nouvelles avancées clarifient la voie pour y parvenir. Il n'y a plus besoin d'acte de foi, dit Shulaker.

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