Hard du Hard • La Course aux Nanomètres - Partie 4

Le Fin du Fin

Intel réussit un coup de génie en remplaçant l'intégration planaire par le FinFET à partir du nœud 22nm. Le FinFET, c’est cette forme de transistor qui nous permet d’agrandir la surface de contact entre la grille et le canal du transistor, et donc de mieux contrôler l’effet transistor. La course à la miniaturisation reprend. On continuera la numérotation des noeuds technologiques comme si de rien n’était : après tout, on ne faisait plus référence à de vraies dimensions depuis un bon moment. La définition du noeud technologique sera donc maintenant purement commerciale. Si on dit 7nm, c'est parce que ça a vaguement, en moyenne, les caractéristiques d'un transistor qu'on attendait à ces dimensions. Même si rien d'important ne fait réellement 7 nanomètres sur la puce !

Du côté des performances, le FinFET n’est pas forcément meilleur. Pas pire non plus, mais son intérêt réside dans la possibilité de réduire les dimensions. Les vitesses de commutation des transistors, elles, ne sont pas plus rapides, et votre CPU de 2023 aura du mal à battre un CPU 10 ans plus jeune en termes de vitesse. Le CPU le plus rapide au monde a dépassé les 8 GHz de fréquence de fonctionnement en overclocking en 2007. Et aujourd'hui, on patauge dans le bas des 9GHz (et dans l'azote liquide).

Le "No More Free Lunch" de la fréquence de fonctionnement des CPU : un plateau depuis 15 ans

La fiabilité du FinFET est aussi plus basse que pour le planaire, et est un peu plus vulnérable aux conditions mécaniques un peu dures (comme les vibrations), aux doses de radiation, ou aux single-upset events, qui sont des erreurs provoquées par l’interaction de particules issues du rayonnement cosmique avec le transistor.

Dans la décennie qui suivra l’adoption du FinFET, Intel sera rattrapé et dépassé. Depuis 2015 il y a eu une nouvelle accélération, menée par TSMC et Samsung, avec Intel en suiveur pour la première fois.

Un transistor 5nm de 2024 (en attendant le 3nm) sera composé de plusieurs fins de 6nm de large espacés d'une vingtaine de nanomètres. Perpendiculaire à ces fins, les grilles et les contacts sont espacés de 36nm. C’est fin : un tel transistor sera de la taille de 100 molécules de caféine. Rien dans ces dimensions ne reste de la désignation "5nm". Il n'a pas non plus les performances d'un transistor planaire parfait de 5nm. Mais, et c'est déjà ça, la densité de ses transistors est à peu près conforme à la loi de Moore !

En remarque, l'absence de définition exacte de ce qu'est un nœud technologique fait que pour un même chiffre, différents fondeurs vont avoir des choix technologiques différents qui vont influer sur les performances des puces au-delà du simple chiffre. Si on prend Intel par exemple, leur boulot c'est de faire des CPU, leur fonderie va donc être spécialisé dans l'intégration des procédés pour faire des CPU et aura de bonnes performances la dedans. TSMC sera plus générique, et Samsung va savoir mieux faire les mémoires mais a eu des gros loupés sur les puces logiques. Et en plus de ça, tout le monde ment arrange sa com' comme ça l'arrange.

Ce n’est pas pour rien que Intel milite pour abolir cette référence à la dimension critique dans la dénomination du nœud technologique tout en niant parfois que ses concurrents aient réussi tel ou tel nœud. Mais c’est aussi le signe d’une sacré évolution de l’industrie en 30 ans, où l’ancien titan de l’auteur de la Loi de Moore est devenu un second couteau forcé de mener des combats d'arrière-garde.