N3XT : Une puce "Skyscraper" qui permettrait aux ordinateurs d'être 1 000 fois plus rapides
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Des ingénieurs américains ont inventé une nouvelle puce qui remplace le silicium dans les puces conventionnelles avec des nano-matériaux. Cela pourrait révolutionner le paysage des processeurs puisqu’on peut pourrait les empiler les uns sur les autres à la manière d’un gratte-ciel d’où le nom de Skycraper.
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La puce à couches multiples, appelée N3XT, est conçue pour empiler les processeurs et les puces de mémoire dans des étages à la manière d’un immeuble plutôt que le faire côte à côte comme on le fait actuellement. Quand vous combinez une vitesse ultra-rapide avec une faible consommation d’énergie, alors les systèmes N3XT surpassent les approches conventionnelles par un facteur de 1000 selon H. S. Philip Wong, l’un des chercheurs de l’université de Stanford.
Les ordinateurs actuels sont conçus comme une cité archaïque avec des banlieues qui sont dominées par des maisons entières. Les processeurs et les puces de mémoire sont agencés l’un à côté de l’autre ce qui prend beaucoup d’espace sur un seul appareil. Cela signifie également que les signaux numériques doivent traverser de longues distances ce qui gaspille la puissance de calcul et l’énergie, mais provoque aussi un effet de goulot. Un effet de goulot se produit lorsqu’une grande quantité de données traverse le même circuit.
Mais qu’est-ce qui se passe si on construit un ordinateur comme une ville moderne avec des grattes-ciels un peu partout pour embarquer plus de processeurs et de puces dans le minimum d’espace ? La distance de transfert est minimale et c’est le concept derrière la puce N3XT (Nano-Engineered Computing Systems Technology). Ce n’est pas une nouvelle idée, mais Wong et son équipe propose une preuve à l’appui.
Le silicium est le principal problème quand on empile des processeurs. L’empilement peut fonctionner dans nos ordinateurs actuels, mais on a besoin de chauffer le silicium à 982 degrés Celsius pendant la fabrication. Le résultat est qu’il est impossible d’utiliser le silicium parce que la puce au dessus endommagerait celle qui est en dessous. Une solution pour contourner ce problème est des puces en 3 dimensions. Elles se composent de 2 puces en silicium, fabriquées séparément, et on les connecte par des milliers de câbles. Cela représente beaucoup de câbles, mais ce n’est pas un souci grâce à la miniaturisation, mais ces câbles consomment une grosse quantité d’énergie pour le transfert.
Mais les chercheurs de Stanford ont décidé de construire leurs puces empilées en remplaçant les transistors conventionnels par des transistors de nanotubes de carbone (CNT). Ces derniers ne sont pas seulement plus rapides que les transistors en silicium, mais comme ils ne nécessitent pas de température élevée dans leur fabrication, on peut les empiler les uns sur les autres sans provoquer de dommages.
L’équipe a aussi remplacé les puces existantes en silicium dans ce qu’on appelle la Resistive random-access memory (RRAM). Ces mémoires utilisent de petits Jolts d’électricité pour échanger les cellules des mémoires entre les états binaires de 1 et de 0. Des millions d’appareils appelés Vias sont utilisés pour connecter chaque RRAM et la couche de transistor en nanotube de carbone fonctionne comme des petits ascenseurs électroniques. Cela permet aux données de traverser de plus courtes distances que les circuits traditionnels. Ensuite, on installe des couches de refroidissement thermique entre les couches pour s’assurer que la chaleur est bien répartie et dissipée.
L’équipe a démontré un prototype de 4 couches composé de 2 couches de mémoire RRAM et de 2 couches de transistors en nanotube de carbone pendant le 2014 International Electron Devices Meeting. Dans leur prochain papier pour la revue IEEE Computer, les scientifiques décrivent qu’ils ont fait des simulations qui démontrent que leur approche en gratte-ciel est 1 000 fois plus rapide qu’un ordinateur conventionnel.
Mais le plus grand défi est de convaincre l’industrie de passer du silicium au nanotube de carbone, mais cela pourrait devenir très payant sur le long terme. Actuellement, le silicium nous limite considérablement pour atteindre de nouvelles puissances de calcul. Mais il faudra un prototype fonctionnel, et non simplement des simulations, pour prouver les capacités du N3XT.
Il y a de grandes quantités de données que nous possédons actuellement, mais que nous ne pouvons pas traiter avec nos systèmes actuels. Ces données concernant des domaines allant du réchauffement climatique jusqu’à la santé. De ce fait, il est important de développer de nouvelles puces plus performantes et le projet N3XT est notre tentative pour proposer des solutions aux limites du silicium selon les chercheurs.
