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ORIENTATION GÉNÉRALE    -   M'écrire   -   Édition du: 18/06/2013

Débutants

Général

RUBRIQUE   MULTIMÉDIA & INFORMATIQUE

Glossaire Général

 

PUCES ÉLECTRONIQUES

 

 

Gravure

Loi de Moore

Coûts

 

 

 

 

Présentation de cette page

 

Sommaire de cette page

 

 

Taille de la gravure des puces électroniques &

Quantité de transistors sur un circuit intégré

Wafer

>>> INTEL 2013

>>> ACTUALITÉS 2007

>>> GRAVURE - HISTORIQUE

>>> PERFORMANCES

>>> ÉVOLUTION 2006 – 2007

>>> ANGLAIS

 

 

 

 

 

 


 

 

Intel 2013

 

*    Puce Xeon Phi 7100

*       1,2 téraflops en double précision par seconde

*       61 cœurs

*       16 Go de mémoire

*       14 nm de largeur de gravure

*       architecture dite: Many Integrated Core: MIC)
 

Voir Supercalculateur en 2013

Presse de juin 2013

 

 

Actualités 2007

100 GHz

Le transistor le plus rapide en 2010

*  Technologie utilisant du graphène.

*  Solution pour remplacer le silicium dans des puces miniatures et rapides.

45 nm

 

Prototypes  de puce

26 janvier 2007

Intel

*  Intel aalisé cinq prototypes

*  Nouvelle technologie d'isolant pour transistors à base d'hafnium

*  Elle permet de limiter la température des puces

*  Densité des transistors est multipliée par deux

*  Gravure passe de 65 à 45 nanomètres

1 nm ou 1 nanomètre = 1 millionième de millimètre = 10-9 m

Taille d'un virus environ 1 nm

d'une bactérie 1 µm

du globule rouge 7 µm

Presse de février 2007

 

 

 

Finesse de gravure - historique

INTEL

 

Taille en nm

180

130

90

65

45

32

22

14

5

Introduction

1999

2001

2003

2005

2007

2010

2012?

2013

 

2018?

Basculement*

 

 

 

2006

2008

 

 

 

 

 

Cœurs

 

 

 

2

4

2,4,6

 

 

 

 

 

*Basculement: la production de la nouvelle technologie dépasse celle de l'ancienne

Sites Internet - février 2007

 

 

 

 

PERFORMANCES des PUCES

Fréquence d'horloge

Courante en 2007

Annoncée

 

2 à 3 GHz

5 GHz

*   La course à la cadence d'horloge s'est assagie depuis 2001 pour AMD et 2004 pour Intel

*   Elle tend à se maintenir pour les serveurs haut de gamme

Performance électrique

Courante en 2007

Objectif Intel 2010

 

7 à 21 W

0,5 W

*   Nouvel axe de progrès pour Intel: la consommation électrique de la puce ou la performance par watt

*   Objectif multiplier par dix cette performance

*   Passer de 7 à 21 W pour un Pentium M à 0,5 W

Finesse de la gravure

Courante en 2007

Objectif Intel 2011

 

65 nm

22 nm

*   En 10 ans la taille de la gravure sur les circuits intégrés va passer de 200 nm (0,2µ) à 20 nm

Quantité de transistors

Courante en 2007

Record en 2007

 

1 milliard

1, 7 milliard

*   La loi de Moore ne se dément toujours pas en 2007

*      Pentium 4 E (Prescott): 125 millions de transistors (90 nm)

*      Penryn: 1 milliards de transistors: en fait, le double cœur d'Intel compte plus de 400 millions de transistors et le quadri cœur, plus de 800 millions

*      Le Montecito (65 nm) successeur de l'Itanium: 1,7 milliard de transistors

Mémoire SDRAM

En 2000 – Pentium

En 2007 – Penryn

 

18 Mbits

153 Mbits

 

 

Mémoire cache (L2)

 

2 Moctets

 

Prix des puces

 

400 à 1300 $

 

Mémoire DRAM

Annoncée en 2007

 

1 Gbits

*   Puce mémoire DRAM (dynamic random access memory)

*   Utilisée notamment  dans les appareils mobiles

!!! Le seul but de ce tableau est de donner des ordres de grandeurs; voir les sites indiqués pour références

 

 

Les principaux fabricants de semi-conducteurs

AMD

Freescale

IBM

Infineon

Intel

NEC

Renesas

Samsung Electronics

STMicroelectronics

Texas Instrument

Toshiba

TSMC

 

 

 

 

Gravure des puces électroniques

Évolution à partir de 2006

 

Intel

*  Le «  Core Duo », puis

*  Le « Core 2 Duo » d'Intel, baptisé: Conroe

*    Core 2 Duo - 65 nm  - 291 millions de transistors

début 2006

juillet 2006

Intel

*  Processeur Clovetown

*  Quadruple cœur formé de deux matrices physiques, puis une seule

chacune dotée de deux cœurs

4 Mo de cache

*    2 GHz

*    Taille de la gravure 45 nm

avril 2006

 

Intel

*  « Core 2 Extreme quad-core »

*  Une puce contenant quatre processeurs

*  Intel va commercialiser, dès novembre, ses premières puces pour PC comprenant quatre processeurs

*  Nette de la puissance de calcul des ordinateurs

sept 2006

Samsung

Electronics

*  Première puce mémoire DRAM – Production mi 2007

*    Gbit

Utilisation: téléphones mobiles, appareils photo numériques, consoles de jeux portables ou baladeurs multimédias.

*    En 2006 les téléphones mobiles haut de gamme comptent deux puces de 512 Mbits

déc. 2006

AMD

*  Quatre Athlon 64 X2 EE (Energy Efficient)

*  Finesse de gravure de 65 nm

Modèle 4000: 2,1 GHz

Modèle 4400: 2,3 GHz

Modèle 4800: 2,5 GHz

*    Annoncés

Modèle à 2,8 GHz et à 3 GHz

déc. 2006

Intel

*  « Core 2 Quad », à quatre processeurs

*  Montés sur PC grand public

début 2007

IBM

*  Puce pour serveur haut de gamme

Ø Power 5: jusqu'à 2,3 GHz - Actuel

Ø Power 6 : 5 GHz - Commercialisation prochaine

Intel annonce 4 GHz

 

Coures au Gigahertz

*   Toujours d'actualité pour les PC de serveurs: le 5 GHz arrive

*   Abandonnée depuis 2004 pour les PC de bureau: fréquence usuelles de 2 à 3 GHz

 

 

début 2007

Intel

*  Penryn, nom du successeur des Core 2 Duo “Conroe”

*    Finesse de gravure à 45 nm

*    Fréquences de 3 à 4 GHz

janvier 2007

 

Intel

*  Point sur politique produit Intel

90 nm:                    en réduction drastique

65 nm - Conroe:      produit phare

45 nm -  Penryn:      en cours de lancement

 

 

Du Conroe au Penryn

*   Même architecture mais en modèle réduit du coeur existant (die-shrink: rétrécissement de matrice)

*   Passage à une finesse de gravure de 65 à 45 nm

*   Grâce à l'utilisation de transistors à grille métallique (metal gate) et d'isolants à "haute" constante diélectrique (high-k)

L’association de ces deux nouveaux matériaux permet de réduire d’un facteur 5 les fuites de courant au travers du transistor (entre la source et le drain) et d’un facteur 10 les fuites de courant au travers de l’isolant, et donc de réduire la consommation globale du processeur

*   Gains

*      Deux fois plus de transistors dans la puce par rapport à une gravure en 65 nm

*      Augmentation de 20 % de la fréquence de fonctionnement de la puce

*      Réduction de 30 % sa consommation

*   Shuttle test: nom de la puce de test de janvier 2007,

*      1 milliard de transistors

*      400 logent sur la surface d’un globule rouge

*      Inclus 153 Mbits de SRAM (Static Random Access Memory) – 18 Mbits sur les puces de l'an 2000

 

Nec et Toshiba sont aussi en lice pour la course à la finesse de gravure

février 2007

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IBM

*  Chartered Semiconductor Manufacturing vient d’annoncer l’extension de son partenariat avec IBM à la production de CMOS gravés en 32 nm

février 2007

AMD

*  Opterons est prévue pour le mois de juin 2007

*  Opterons à quatre cores

*    Gravure en technologie 65 nanomètres

*    2,3 GHz

juin 2007

Toshiba

Sandisk

 

*  Mise au point de puces de mémoire flash NAND

*    capacités de 8 et 16 Gbits (soit 2 Go)

*    Gravés en 56 nm

*  Prototypes 8 Gbits sortis en fin 2006

*  Commercialisation 8 Gbits prévue pour début 2007

*  La version 16 Gbits: fin du premier trimestre 2007

jan 2007

 

Sony

Toshiba

IBM (STI)

*  Processeurs Cell nouvelle génération

*    65 nm

*    6 GHz

*    Alimentation 1,3 volts

*  Équipe la Playstation 3 de Sony avec 4 GHz.

Existait déjà en 90 nm et 3,2 GHz

février 2007

Intel

*  Production des puces à 45 nm

2 Sem 2008

Intel

*  Objectif 32 nm

*  Principal problème à régler: la permissivité électrique

2009

IBM

*  Technologie de photolithographie à ultraviolet extrême

*  Les ultraviolets ont une longueur d’onde de 157 nm

*  Gravure 32 voire 22 nm

2010

 

 

 

ENGLISH Corner

*  Multi-core processors

*  Dual-core processor

*  Quad-core processors

*  Desktop and mainstream servers

*  A manufactured die

*  Reducing the die size

*  Transistor density

*  Transistor count

*   Intel has announced that it has made a significant breakthrough in manufacturing technology with the development of high-k, metal gate transistors using its 45 nanometre process node

*   Gordon Moore, co-founder of Intel Corporation has stated (January 2007) that
“the implementation of high-k and metal materials marks the biggest change in transistor technology since the introduction of polysilicon MOS transistors in the late 1960s.”

*   According to Moore’s Law: the transistor density on integrated circuits doubles roughly every eighteen months – this has been the case for over 40 years now

 

  

 

 

Richard Feynman (1918-1988) et sa tête d'épingle

 

Encyclopédie Brittanica

*    Tête d'épingle: 1,5 mm de diamètre.

*    Surface des pages de l'encyclopédie: 25 000 fois plus grande que celle de cette tête d'épingle.

*    En réduisant l'encyclopédie d'un facteur 25 000, toute l'encyclopédie tiendrait dans la tête d'épingle.

*    Est-ce physiquement réalisable en conservant toute l'information?

 

*    Pouvoir de résolution de l'œil: point de 0,2 mm (1/120 inch) de diamètre.

Why cannot we write the entire 24 volumes of the Encyclopedia Brittanica on the head of a pin?

Article complet (pdf)

 

*    Réduit par 25000: 0,2 10-3 / 2,5 104 = 8 10-9  = 8nm = 80 angströms.

*    Sur cette dimension: alignement de 32 atomes de métal ordinaire ou 32 x 32  1000 atomes dans la surface d'un tel point (800 si un disque).

*    Dimension autorisant la photogravure.

*    Bilan: il est possible de mémoriser toute l'encyclopédie sur la surface d'une tête d'épingle tout en conservant l'information. 

 

Encyclopédie Universelle

*    Tous les livres du monde: 24 millions de volumes.

*    Quantité de bits pour les coder: 1015

*    Mémorisation en volume (et non plus en surface).

*    À raison de 100 atomes par bit d'information.

*    Tous les livres du monde teindraient dans un cube de 0,51 mm (2/100 inches) de côté, soit un grain de poussière.

 

Calcul

*    1015 bits x 100 atomes /bits = 1017 atomes à loger

*    Côtés du cube: 1017 =  100 x 1015 = 4,64 105 atomes sur un côté.

*    Dimension du côté: 4,64 105 x 2,5 10-10 = 1,16 10-4 = 0,116 mm

*    Inversement, en prenant le résulta de Feynman: 0,51 mm

*    Quantité d'atomes par côté: 0,51 10-3 / 2,5 10-10 = 2,04 106

*    Quantité d'atomes dans le cube: (2,04 106)3 = 8,5 1018

*    Quantité de bits mémorisés: 8,5 1018 / 100 = 8,5 1016 bits

*    Rapport volumique entre les deux dimensions: (0,51 / 0,116)3 = 85 

*    Feynman, si mon calcul est juste, aurait même surestimé son grain de poussière.

Voir Bibliothèque Univers

 

 

 

NANOSECONDE – LUMIÈRE

 

En 1 ns la lumière parcourt: 30 cm.

Cette longueur est voisine de la taille des circuits électroniques de nos ordinateurs. Ce fait semble limiter de manière incontournable la vitesse que peuvent atteindre les ordinateurs.

 

Comparaison:

*       Soit un cube de circuits intégrés de 30 cm de côté et l'utilisation d'une technologie de gravure des circuits à 0,5 micron.

*       Supposons un rendement de 0,5 (place pour les interconnexions et autres servitudes).

*       Admettons environ 1 000 gravures pour réaliser tous les transistors nécessaires à l'implémentation d'une opération élémentaire (addition, opération logique, etc.).

*       Nous pouvons calculer l'ordre de grandeur de la puissance de ce bloc de circuit:

 

= 1/2 (0,3)3 / ( (0,5 10-6)3 x 103 )

= 1/2 27 10-3 / 0,125 10-18 x 103)

= 108 x 1012  

= 1014 opérations par seconde.

 

*       Soit 100 000 fois plus que les circuits les plus puissants en service en 1995.

 

Voir Puissance de calcul

 

 

 

PICOSECONDE - COMMUTATION ÉLECTRONIQUE

– vers années 2000

 

*  10-12 s = 1 ps  = une picoseconde

*       Temps de commutation de l'interrupteur électronique le plus rapide.

 

*  10-3 s = 1 ms  = une milliseconde

*       Propagation d'un signal par le système nerveux

*       Correspondant à 100 m/s sur 10 cm

Le fait que le cerveau accomplisse de nombreuses opérations plus rapidement que les ordinateurs actuels tient, non pas à la vitesse de ses composantes individuelles mais à la supériorité de la conception des circuits.

 

Voir Loi de Moore

 

 


 

 

 

 

 

 

Archives

 

En 1997

*    IBM annonce qu'il sait marier silicium et cuivre et songe intégrer 150 à 200 millions de transistors sur une seule puce, 30 fois plus que ce qui existe en 1997!

En 1998

*    La nouvelle puce Intel, Merced, contient 15 millions de transistors.

Celle d'IBM sera pour les générations suivantes.

 

 

 

Archives

CADENCE D'HORLOGE

 

 

Fréquence et temps de cycle

1996

 

100

MHz

=>

10

 

ns

1998

 

300

 

3

,3

 

1999

 

800

 

1

,25

 

2000

1

 

GHz

1

 

 

2002

2

 

 

 

0

,5

 

2003

3

 

 

 

0

,33

 

 Mégahertz & Gigahertz

 

*    100 MHz, c'est la vitesse d'horloge des microprocesseurs en 1995

100 MHz correspond à 10 nanosecondes de temps de cycle de l'horloge interne.

 

*    On se rapproche de la vitesse de commutation des transistors, voisin de la nanoseconde.

*    Durant ce temps, le courant parcourt 30 cm et les effets de retard de propagation commencent à se faire sentir.

 

*    A chaque coup d'horloge, une nouvelle instruction élémentaire est exécutée.

*    En général, il faut plusieurs instructions élémentaires pour réaliser une opération complète.

 

*    La puissance de l'ordinateur s'exprime classiquement en Mips (millions d'instructions par seconde).

*    Lorsqu'il s'agit de calcul, on compte plutôt en Mops (millions d'opérations par seconde).

 

*    Pour des comparaisons plus précises,

on a souvent recourt à un même test exécuté sur les différentes machines (bench mark)

*      De nouvelles échelles universelles tentent de se mettre en place, comme la SPECint92.

 

 

 

   

 

 

TRANSISTORS SUR PUCE

 

Évolution du nombre de transistors

                 sur une seule puce microprocesseur Intel

 

 

Année

Processeur

Quantité de

Transistors

Puissance

(Mips)

1971

·         4004

2,3k

0, 060

1978

·         8086

29 k

0, 750

 

·         80286

134k

2, 6

 

·         80386

275k

6

 

·         80486

1,2M

20

1994

·         Pentium

3,3M

112

1996

·         Pentium Pro

5,5M

300

1997

(recherche)

·         IBM

150 à 200 M

 

2000

·         Merced - Intel

15 M

 

 

Le Pentium Pro

*       Il comporte 5,5 millions de transistors dans le CPU (central processing unit) sur 3 cm² et 15,5 millions pour réaliser le cache de 256 koctets sur 2 cm².

*       Le tout en deux puces superposées et un boîtier de 387 broches.

*       La puissance de traitement en Millions d'Instructions Par Seconde (Mips) a été multipliée par 5000 depuis la création du microprocesseur.

 

En 1997,

*       IBM annonce qu'il sait marier silicium et cuivre et songe intégrer 150 à 200 millions de transistors sur une seule puce, 30 fois plus!

  

En 1998,

*       Intel que son futur microprocesseur à 64 bits fonctionnera à 1 000 MHz (maximum en 1998: 333) et dépassera les 15 millions de transistors.

  

La loi de Gordon Moore

 

Le nombre de transistors sur une puce

double tous les 18 mois

 

*       Elle tient toujours depuis qu'elle a été énoncée en 1965. >>>

 

Gordon Moore (1928 - )

*       Il commence sa carrière avec William Shockley, l'un des inventeurs du transistor (prix Nobel). Il est l'un des fondateurs de Fairchild, puis Intel en 1968.