65 nm à 45 nm: technologie de processus expliquée

Le plus gros titre sur le Core 2 Extreme QX9650 est qu’il s’agit du premier processeur de bureau d’Intel à utiliser un processus de production de 45 nm. La génération précédente de processeurs de bureau de la société a été produite en utilisant un processus de 65 nm. Mais pourquoi ce changement est-il si important et qu’est-ce que cela signifie pour le secteur des processeurs?

Die shrink another day

Les avancées de fabrication CMOS retracent l’histoire des processeurs autant que les conceptions des processeurs eux-mêmes. Chaque rétrécissement de la taille des transistors microscopiques, qui composent le CPU, signifie que plus de peuvent être montés dans le même espace, avec un certain nombre d’implications.

Au niveau le plus élémentaire, vous ne pouviez même pas concevoir les processeurs d’aujourd’hui avec les technologies de processus d’il y a quelques années à peine – elles seraient irréalisables. Le 386 n’avait que 275 000 transistors. Le Core 2 Extreme QX9650 d’Intel en compte environ 800 millions, soit près de 3 000 fois plus. En utilisant le processus de production de 1 µm du 386, le QX9650 ferait environ un pied carré!

Les exigences d’alimentation sont un autre problème. Les transistors plus petits consomment moins de watts pour faire du cycle, ce qui signifie que vous pouvez pratiquement en avoir plus qu’avec une technologie de processus plus grande.

Si vous composez suffisamment de transistors pour un QX9650 avec 386s, ils consommeraient environ 3000W – mais un PC Core 2 Extreme QX9650 entier, y compris d’autres composants, ne nécessite qu’un peu plus de 200W à pleine charge.

Pourquoi plus petit est meilleur

Une consommation d’énergie réduite a un autre effet secondaire pratique. Si vos transistors consomment moins de watts, ils ne seront pas si chauds. Ainsi, vous pouvez les exécuter à une fréquence plus élevée sans les brûler – ou surcharger les circuits d’alimentation de la carte mère dont ils proviennent.

Il y a d’autres facteurs à prendre en compte, mais chaque nouvelle technologie de processus signifie presque toujours un plafond plus élevé sur les fréquences d’horloge.

Le dernier, mais loin d’être le moindre avantage des transistors plus petits, vient lorsque vous gardez la conception de base du PROCESSEUR la même. Dans ce cas, le processeur lui-même devient plus petit – connu sous le nom de “die shrink”. Étant donné que le système de fabrication utilise une plaquette semi-conductrice de taille standard – actuellement 300 mm est la plus grande – vous pouvez en adapter plus sur chacune d’elles.

Le coût de production de la plaquette lui-même est le même, de sorte que chaque processeur devient moins cher à fabriquer. Par exemple, un processeur de 45 nm occupe la moitié de la surface d’un processeur de 65 nm de même conception. Ainsi, le passage à 45 nm réduit de moitié le coût de fabrication – bien que vous deviez également prendre en compte le prix de développement du nouveau processus et de construction de l’usine capable de le réaliser. Cela peut être très coûteux en effet.

L’avantage de 45 nm

, qui semble donc plus petit, est toujours préférable pour les semi-conducteurs, ce qui vous amène à vous demander pourquoi de telles miniaturisations ne se produisent pas plus rapidement. Cependant, il y a toujours des difficultés à surmonter pour permettre chaque réduction de taille de transistor. Ceux-ci incluent la capacité parasite, où des parties du circuit intégré miniature gardent leur charge quand elles ne le devraient pas, les fuites de courant et le verrouillage.

Les deux derniers ont été un problème particulier avec les réductions de processus récentes, car les espaces entre les fils minuscules sont si petits qu’il devient de plus en plus difficile d’empêcher le courant de circuler là où il n’est pas prévu.

AMD et IBM ont utilisé la technologie SOI (Silicon on Insulator) pour lutter contre cela et permettre leurs déplacements jusqu’à 65 nm.

Le défi des 45 nm

Avec le passage d’Intel de 65 nm à 45 nm, la société continue cependant d’utiliser l’ancienne technologie CMOS en vrac, mais avec l’ajout de technologies diélectriques à haute K et de portes métalliques.

Traditionnellement, le dioxyde de silicium a été utilisé comme diélectrique dans les minuscules transistors, mais il est sujet aux fuites aux échelles de fabrication actuellement utilisées. Des matériaux alternatifs avec une constante diélectrique élevée (High-K) empêchent cela.

En revanche, les grilles métalliques prennent les parties du processeur destinées à être conductrices en sens inverse. Auparavant, le silicium polycristallin moins conducteur était utilisé pour les circuits, car il facilite la fabrication. Le métal, en revanche, a une résistance électrique presque nulle.

Ces deux technologies ont permis à Intel de prendre la tête actuelle de la technologie des procédés. Cela lui donne un avantage concurrentiel sur la consommation d’énergie, les vitesses d’horloge du processeur et l’économie de fabrication. Tout n’est pas une question de savoir dans quelle mesure vous concevez l’architecture de votre puce dans le secteur des processeurs.