Les dispositifs microélectroniques font partie intégrante de la vie moderne, avec les transistors comme noyau, permettant des avancées technologiques significatives. Les chercheurs sont désormais confrontés au défi de créer une nouvelle microélectronique capable de traiter les données plus rapidement et de manière plus durable.
Qu’est-ce que la microélectronique ?
Les appareils microélectroniques, tels que les puces électroniques des ordinateurs et des téléphones portables, traitent et stockent les informations. Ils sont essentiels à nos vies. Ils sont essentiels au fonctionnement des entreprises, aident à suivre la propagation des maladies, alimentent les foyers en électricité via le réseau électrique et mènent des recherches scientifiques pour lutter contre des défis majeurs comme la crise climatique.
La pierre angulaire de tout dispositif microélectronique est le transistor, inventé dans les années 1940. Les transistors peuvent allumer et éteindre le courant électrique presque instantanément. Cette fonctionnalité rend possible les uns et les zéros utilisés pour indiquer à un ordinateur quoi faire.
Dans ce cours Science 101 : Qu’est-ce que la microélectronique, Valerie Taylor, directrice de la division mathématiques et informatique du Laboratoire national d’Argonne, et Yuepeng Zhang, scientifique principal en matériaux, discutent des composants ultra-petits des ordinateurs, des smartphones et bien plus encore. La microélectronique est essentielle au fonctionnement des entreprises, à l’arrêt de la propagation des maladies, à l’approvisionnement en électricité des foyers via le réseau électrique et à la conduite de recherches scientifiques pour lutter contre des défis majeurs comme la crise climatique.
Grâce à des transistors de plus en plus petits et à d’autres améliorations, les ordinateurs qui occupaient autrefois une pièce entière d’un bâtiment tiennent désormais sur un ordinateur portable ou même dans une montre intelligente. Le coût par unité de calcul a également chuté de façon spectaculaire.
Pourtant, dans tous les secteurs de l’économie, il existe un besoin urgent de formes radicalement nouvelles de microélectronique, capables de collecter et d’analyser des volumes de données sans précédent, plus rapidement que jamais. Mais la science et la technologie qui permettraient de réaliser une telle nouvelle microélectronique n’existent pas. L’un des défis est que la taille des transistors des supercalculateurs actuels est passée d’un millionième à un milliardième de mètre, se rapprochant ainsi de la taille des atomes. Dans leur quête d’améliorations radicales, les chercheurs doivent rechercher des voies alternatives à la miniaturisation et des solutions allant au-delà des types actuels d’architecture informatique.
Outre un traitement des données beaucoup plus rapide, les chercheurs doivent résoudre deux problèmes majeurs. Premièrement, la microélectronique des ordinateurs, des centres de données et des réseaux consomme environ 10 % de l’électricité mondiale, et ce chiffre est en augmentation. Un seul superordinateur peut nécessiter suffisamment d’électricité pour alimenter près de 10 000 foyers. Deuxièmement, la fabrication de produits microélectroniques de pointe implique de nombreux matériaux différents. La pénurie de certains d’entre eux pourrait entraîner des perturbations de la chaîne d’approvisionnement qui pourraient nuire à l’économie.
Ces problèmes sont abordés au laboratoire national d’Argonne du ministère américain de l’Énergie. Les chercheurs recherchent de nouvelles approches en matière d’architectures microélectroniques et informatiques qui sont plus rapides et plus économes en énergie et incluent moins de matériaux critiques. Par exemple, le processeur d’informations le plus efficace est le cerveau humain. Les scientifiques cherchent donc à développer des architectures microélectroniques et informatiques qui imitent le cerveau. Des procédés de fabrication respectueux de l’environnement pour la microélectronique sont également en cours de développement. Le succès maintiendra les États-Unis à l’avant-garde de la R&D en microélectronique et revigorera notre industrie microélectronique.
Pour en savoir plus sur la microélectronique, consultez la playlist Microélectronique du 21St Siècle.
Crédit : Laboratoire National d’Argonne
Qu’est-ce que la microélectronique ?
La technologie derrière la puissance des ordinateurs, des smartphones, des voitures autonomes et bien plus encore.
Les composants électroniques ultra-petits traitent les informations dans tous les appareils électroniques intelligents. En 1969, ils ont guidé le vaisseau spatial avec deux astronautes qui ont atterri sur la Lune et sont revenus sains et saufs. Aujourd’hui, ils touchent nos vies sous la forme de téléphones portables, d’ordinateurs, de téléviseurs intelligents, de systèmes de positionnement global et bien plus encore. Une microélectronique toujours plus puissante est essentielle au progrès de la recherche scientifique.
La microélectronique est entrée dans une nouvelle phase grâce en partie aux progrès de l’intelligence artificielle (IA). Les véhicules autonomes font déjà leur chemin sur le marché. Des matériaux basés sur l’IA ressemblant à de la peau et permettant de diagnostiquer d’éventuels problèmes de santé se profilent à l’horizon.
Mais la microélectronique est à la croisée des chemins. Sans une technologie radicalement nouvelle, l’énergie totale consacrée à toute la microélectronique atteindra bientôt des proportions vertigineuses.
Argonne relève ce défi. Nos scientifiques explorent de nouvelles voies vers des matériaux et des dispositifs qui prennent en compte l’utilisation des appareils, conduisant à une microélectronique plus économe en énergie et plus respectueuse de l’environnement pour le 21St siècle.
