Intel : 45 nm et Penryn

Intel vient de nous dévoiler quelques détails sur son nouveau procédé de gravure de puces électroniques, le 45 nm, qui sera utilisé notamment sur le Penryn, nom de code du successeur du Core 2 Duo actuel.

Maîtriser tôt de nouveaux procédés de fabrication est un facteur clé dans l'industrie du semi-conducteur puisque cela définit les possibilités d'évolution, tant en fréquence qu'en nombre de transistors et qu'en consommation des puces. Intel fait office de référence dans ce domaine et une nouvelle fois réaffirme sa position de leader avec l'annonce d'un procédé 45 nm prêt puisque les premières puces fonctionnelles sont déjà sorties de ces chaînes qui équiperont 3 usines d'ici le premier semestre 2008. Un pied de nez à AMD qui vient seulement de commencer à commercialiser ses processeurs 65 nm.

Le 45nm permet de diviser par 2 la taille des transistors et donc soit de réduire le coût de fabrication du processeur, soit d'en augmenter le nombre de transistors. Il passera d'ailleurs de 290 millions pour un Core 2 Duo 4 Mo à 410 millions pour un Penryn équipé d'un cache de 6 Mo.

Le core Penryn et ses 6 Mo de cache L2
Mais avec le 45 nm, Intel va plus loin, en modifiant plus en profondeur le transistor, ce qui n'avait pas été fait depuis longtemps et qui est nécessaire afin de continuer la course à la puissance entreprise depuis des décennies. Pour rappel, un transistor et un élément qui suivant son état laisse passer un signal fort ou pas. La partie supérieure d'un transistor, la grille (gate), produit un champ quand elle reçoit un courant électrique, celui-ci ouvrant alors la voie au signal dans le transistor. Cette grille doit bien entendu être isolée du reste du transistor de manière à séparer le signal qui lui arrive du signal qui traverse (ou pas) le transistor. Cet isolant, le diélectrique de grille, doit à la fois laisser passer un champ aussi fort que possible (de manière à ce que le signal qui traverse le transistor soit clair) et ne pas laisser s'échapper le courant qui arrive à l'électrode de la grille. Ce phénomène de fuite (leakage) entraîne divers problèmes : baisse de qualité du signal, consommation excessive, surchauffe…


Les technologies actuelles posent problème puisque l'isolant (oxyde de silicium) ne peut plus être aminci sans entraîner de problème important au niveau des fuites. Qui plus est, les électrodes de grille actuelles en polysilicium voient se former à leur frontière avec le diélectrique une zone appauvrie en éléments conducteurs ce qui à pour effet d'augmenter l'épaisseur effective de l'isolant et donc de réduire les performances du transistor. Avec le 45 nm, Intel vient à bout de ces problèmes en remplaçant le polysilicium par un matériau métallique (non dévoilé) qui n'entraîne pas d'appauvrissement au niveau de la conduction à sa frontière et produit un champ plus élevé. Le diélectrique de grille est lui remplacé par un matériau High-K (à ne pas confondre avec les technologies de fabrication Low-K qui ne concernent pas les transistors mais bien les interconnexions) qui permet d'augmenter l'épaisseur de l'isolant tout en laissant mieux passer le champ produit par la grille. Intel ne donne pas de détails sur les matériaux utilisés, préférant bien entendu ne pas dévoiler sa recette à la concurrence. Tout au plus sait-on que le matériau High-K est basé sur le Hafnium.


En bref il s'agit d'une combinaison beaucoup plus efficace qu'Intel maîtrise maintenant et qui autorise la fabrication de transistors plus performants et plus économes, en plus d'être plus petits. Si exposé comme cela il a l'air simple (il suffirait de remplacer 2 éléments ?), en pratique c'est une autre histoire puisque chaque modification apportées à une technologie aussi complexe entraîne son lot de nouveaux obstacles sans parler de l'aspect industriel puisqu'il faut également être capable de concevoir des chaînes efficaces pour utiliser un nouveau procédé de gravure tel que celui-ci. Intel précise d'ailleurs qu'aucun autre fondeur ne devrait maîtriser cette technologie avant le 32 nm (en 45nm, AMD prévoit l'utilisation d'électrodes de grille métalliques mais pas de High-K pour le diélectrique).

Il faudra attendre fin 2007 pour pouvoir juger des progrès apportés par ce nouveau procédé de fabrication, période à laquelle le Penryn sera introduit.