IBM et Samsung ont présenté conjointement un nouveau design de transistor qui pourrait, dans quelques années, améliorer considérablement les caractéristiques électriques des processeurs, des puces graphiques et d’autres composants semi-conducteurs. Le transistor à effet de champ à transport vertical (nanosheet), ou VTFET, ne conduit plus les courants latéralement à travers un élément de commutation, mais verticalement.
Selon l’annonce, l’approche du VTFET élimine les limites des transistors à effet de champ (FET) à grille en forme d’ailette (FinFET), que Samsung, TSMC et Intel utilisent tous dans leurs processus de fabrication actuels. Les propriétés électrostatiques telles que les courants de fuite parasites limitent jusqu’à présent de manière déterminante la taille d’un transistor et nécessitent des circuits factices pour les fréquences d’horloge élevées.
IBM et Samsung simulent des designs de FinFET et de VTFET avec un pas de grille concordant de moins de 45 nanomètres – ce qui est encore plus agressif que les meilleurs processus de 5 nm. En comparaison directe – donc sans avantage au niveau de la technique de processus – le VTFET doit commuter deux fois plus vite pour la même consommation de puissance ou consommer 85 pour cent d’énergie électrique en moins pour la même performance.
Sommaire
VTFETs vs. FinFETs (3 images)
Plaquette de test déjà produite
Comme les VTFET bouleversent fondamentalement la conception des puces et que la recherche en est à ses débuts, les composants semi-conducteurs correspondants ne sont pas attendus avant plusieurs années. Néanmoins, IBM et Samsung ont déclaré avoir déjà produit les premières plaquettes de test, qui sont généralement constituées de cellules de mémoire de conception simple.
Les VTFET sont basés sur le principe de la nano-couche, comme IBM appelle sa propre technique « Gate All-Around » (GAA). Dans les FET GAA, le canal conducteur du transistor à effet de champ est entouré de tous les côtés par l’électrode de grille, ce qui améliore déjà les caractéristiques de performance par rapport aux FinFET. L’avantage des VTFET sera donc moins spectaculaire à l’avenir.
Musique d’avenir
IBM et Samsung travaillent ensemble depuis des années sur de nouvelles techniques de fabrication : IBM fait de la recherche fondamentale que Samsung utilise finalement dans ses propres processus. Jusqu’à présent, IBM a fait fabriquer les prototypes de nanosheet avec des structures de 2 nm – Samsung veut toutefois introduire la technique GAA dès la génération 3 nm, au mieux en 2022. Les VTFET seraient envisageables après la génération 2 nm, c’est-à-dire à partir de 2025 environ. Intel mène des recherches sur l’alternative nanoribbon, y compris l’empilage 3D.
Sans surprise, IBM a annoncé en parallèle qu’il utiliserait la technologie de traitement 5 nm de Samsung pour ses futurs processeurs Power. Les processeurs Power10 sortent de la chaîne de production de Samsung avec des structures 7 nm.