Loi de Moore, Intel vise un billion de transistors d’ici 2030

Lors de l’IEDM 2022, et à l’occasion du 75e anniversaire du transistor, Intel vise une nouvelle amélioration de la densité de 10x dans la technologie de packaging et utilise un nouveau matériau de seulement 3 atomes d’épaisseur pour faire progresser la mise à l’échelle du transistor.

Ce qui est nouveau :

Aujourd’hui, Intel a dévoilé les avancées en matière de recherche qui alimentent son pipeline d’innovation pour maintenir la loi de Moore sur la voie d’un trillion de transistors sur une solution dans la prochaine décennie. À l’occasion de l’IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) 2022, les chercheurs d’Intel ont présenté des avancées dans la technologie de packaging 3D avec une nouvelle amélioration de 10x de la densité ; de nouveaux matériaux pour la mise à l’échelle des transistors 2D au-delà du RibbonFET, y compris un matériau superfin de seulement 3 atomes d’épaisseur ; de nouvelles possibilités en matière d’efficacité énergétique et de mémoire pour une informatique plus performante ; et des avancées pour l’informatique quantique.

Soixante-quinze ans après l’invention du transistor, l’innovation permettant de suivre la loi de Moore continue de répondre à la demande mondiale en informatique qui augmente de façon exponentielle. À l’IEDM 2022, Intel présente à la fois la réflexion prospective et les avancées concrètes de la recherche nécessaires pour franchir les obstacles actuels et futurs, répondre à cette demande insatiable et maintenir la loi de Moore en vie et en bonne santé, pour les années à venir.

— Gary Patton, Vice-président et directeur général d’Intel Components Research and Design Enablement

Ce qui se passe à l’IEDM :

Pour commémorer le 75e anniversaire du transistor, Ann Kelleher, vice-présidente exécutive et directrice générale du développement technologique d’Intel, dirigera une session plénière à l’IEDM. Mme Kelleher exposera les voies à suivre pour poursuivre l’innovation industrielle, en ralliant l’écosystème autour d’une stratégie fondée sur les systèmes pour répondre à la demande croissante en informatique dans le monde et innover plus efficacement pour progresser au rythme de la loi de Moore. La session, « Celebrating 75 Years of the Transistor! A Look at the Evolution of Moore’s Law Innovation » aura lieu à 18h45 heure française le lundi 5 décembre.

Pourquoi c’est important :

La loi de Moore est essentielle pour répondre aux besoins informatiques du monde, étant donné que l’augmentation de la consommation de données et le développement de l’intelligence artificielle (IA) entraînent la plus forte accélération de la demande jamais observée.

L’innovation continue est la pierre angulaire de la loi de Moore. Bon nombre des étapes clés de l’innovation qui ont permis d’améliorer continuellement la puissance, les performances et les coûts au cours des deux dernières décennies, y compris le silicium tendu, la grille métallique Hi-K et le FinFET, dans les ordinateurs personnels, les processeurs graphiques et les centres de données, ont débuté avec le Components Research Group d’Intel. D’autres recherches, notamment les transistors GAA (gate-all-around) RibbonFET, la technologie PowerVia d’alimentation par l’arrière et les percées en matière de conditionnement comme EMIB et Foveros Direct, sont aujourd’hui sur la feuille de route.

À l’occasion de l’IEDM 2022, le Components Research Group d’Intel a montré sa volonté d’innover dans trois domaines clés afin de perpétuer la loi de Moore : une nouvelle technologie de packaging par collage hybride 3D pour permettre l’intégration transparente des puces ; des matériaux 2D ultraminces pour faire tenir davantage de transistors sur une seule puce ; et de nouvelles possibilités en matière d’efficacité énergétique et de mémoire pour une informatique plus performante.

Notre méthode :

Les chercheurs du Components Research Group ont identifié de nouveaux matériaux et processus qui estompent la frontière entre le packaging et le silicium, révélant les prochaines étapes cruciales du packaging 3D sur le chemin de l’extension de la loi de Moore à un trillion de transistors sur une solutione, réalisant une densité d’interconnexion supplémentaire de 10x menant à des puces quasi-monolithiques. Les innovations d’Intel en matière de matériaux ont également permis d’identifier des choix de conception pratiques qui peuvent répondre aux exigences de la mise à l’échelle des transistors en utilisant un nouveau matériau de seulement 3 atomes d’épaisseur, ce qui permet à l’entreprise de poursuivre la mise à l’échelle au-delà du RibbonFET.

Intel présente des puces quasi-monolithiques pour la prochaine génération de packaging 3D :

• Les dernières recherches d’Intel sur le bonding hybride présentées à l’IEDM 2022 montrent une amélioration supplémentaire de 10x de la densité pour la puissance et les performances par rapport à la présentation des recherches d’Intel à l’IEDM 2021.
• La poursuite de la mise à l’échelle du bonding hybride à un pas de 3 um permet d’atteindre des densités d’interconnexion et des largeurs de bande similaires à celles que l’on trouve sur les connexions monolithiques des « systèmes sur puce ».

Intel se tourne vers des matériaux « 2D » ultrafins pour faire tenir plus de transistors sur une seule puce :

• Intel a démontré qu’il était possible de fabriquer des nanofeuilles empilées avec une grille tout autour en utilisant un matériau de canal 2D de seulement 3 atomes d’épaisseur en remplacement du Si, tout en réalisant une commutation quasi idéale des transistors à température ambiante avec un faible courant de fuite. Il s’agit de deux percées essentielles pour l’empilement des transistors GAA.
• Les chercheurs ont également dévoilé la première analyse complète des topologies de contact électrique avec les matériaux 2D, qui pourrait ouvrir la voie à des canaux de transistors performants et évolutifs.

Intel apporte de nouvelles possibilités en matière d’efficacité énergétique et de mémoire pour un calcul plus performant :

• Pour utiliser plus efficacement la surface de la puce, Intel redéfinit la mise à l’échelle en développant une mémoire qui peut être placée verticalement au-dessus des transistors. Pour la première fois au monde, Intel fait la démonstration de condensateurs ferroélectriques empilés dont les performances sont équivalentes à celles des condensateurs ferroélectriques à sillon classiques en tranchés et qui peuvent être utilisés pour construire une FeRAM sur une puce logique.
• Un modèle au niveau du dispositif, une première dans l’industrie, capture les phases mixtes et les défauts pour améliorer les dispositifs ferroélectriques à hafnia, marquant un progrès significatif pour Intel dans le soutien des outils industriels pour développer de nouvelles mémoires et des transistors ferroélectriques.
• En rapprochant le monde de la transition au-delà de la 5G et en résolvant les problèmes d’efficacité énergétique, Intel construit une voie viable vers des plaquettes de GaN sur silicium de 300 mm. Les percées d’Intel dans ce domaine représentent un gain de 20x par rapport à la norme industrielle GaN et établissent un record industriel, un chiffre de mérite pour fournir de l’énergie à haute performance.
• Intel réalise des percées dans le domaine des technologies à haut rendement énergétique, notamment des transistors qui n’oublient pas et conservent les données même lorsque l’alimentation est coupée. Les chercheurs d’Intel ont déjà franchi deux des trois obstacles qui empêchent cette technologie d’être pleinement viable et opérationnelle à température ambiante.

Intel continue d’introduire de nouveaux concepts dans le domaine de la physique en réalisant des percées dans la livraison de meilleurs qubits pour l’informatique quantique :

• Les chercheurs d’Intel s’efforcent de trouver de meilleurs moyens de stocker les informations quantiques en acquérant une meilleure compréhension des divers défauts d’interface qui pourraient agir comme des perturbations environnementales affectant les données quantiques.