Graphène : bientôt des processeurs très basse consommation
Depuis sa découverte en 2004, qui permit à Andre Geim, chercheur au département de physique de l’université de Manchester, d’obtenir le prix Nobel de physique, le graphène concentre toute l’attention des fabricants de semi-conducteurs. En effet, ce cristal de carbone possède trois propriétés physiques très intéressantes qui le place en première position sur la liste des alternatives au silicium pour la production de puces informatiques.
Le graphène est un meilleur conducteur électrique que le silicium : les électrons y circulent 30 fois plus vite. On peut donc, en théorie, exécuter 30 fois plus de calculs sur une même période de temps. La structure moléculaire du graphène est aussi mieux adaptée à des finesses de gravures nanométriques. Mais le point qui nous intéresse le plus est que le graphène refroidit très rapidement : il s’échauffe donc moins que le silicium.
« Dans la plupart des matériaux, la chaleur électronique dépasse largement la capacité d’auto-refroidissement du support » explique le professeur William King, responsable d’un projet de puce à base de graphène chez IBM. « Cependant, nous avons constaté qu’avec les transistors en graphène, il y a des régions où le refroidissement thermoélectrique dépasse la chaleur générée, ce qui permet à ces puces de se refroidir elles-mêmes ». Cette propriété est particulièrement intéressante pour les ordinateurs portables (plus de problèmes de ventilation) et pour le serveurs (plus forte densité tout en ayant moins à refroidir).
Des puces ultra-low-power cadencées à 400 GHz
En conjuguant ces trois propriétés, on obtient des puces dont le rapport performances par watt est exceptionnel. IBM l’avait déjà démontré en fabricant un transistor cadencé à la fréquence de 155 GHz. Cet été, une équipe américaine a créé la première porte logique XOR et estime que l’on pourra atteindre des fréquences de l’ordre de 400 GHz, soit 150 fois plus que les fréquences actuelles !
De la recherche fondamentale à la recherche appliquée, il n’y a qu’un pas. IBM a par exemple révélé dans le magazine Science avoir fabriqué un circuit intégré complet (un convertisseur de fréquence radio) fonctionnant à 10 GHz. Cerise sur le gâteau, le circuit intégré a été conçu avec les technologies actuellement utilisées pour produire des puces en silicium. La fabrication à l’échelle industrielle serait donc possible d’ici quelques années.
Des batteries puissantes et capacitive
Les applications de ces nouvelles puces ne se limitent pas à de nouveaux processeurs plus économes en énergie. D’autres propriétés du graphène laissent présager des batteries plus légères, de plus grande capacité, et qui se rechargeraient en quelques minutes. Des chercheurs de l’université de Monash en Australie ont montré cet été une batterie à base de graphène 10 fois plus dense que les batteries au plomb traditionnelles tout en se rechargeant presque instantanément. Fabriquée comme du papier (sic !), cette batterie supporterait jusqu’à 50 000 cycles de charge-décharge et conserverait 90 % de sa capacité pendant plusieurs centaines d’heures.
Merci à Henri Lepic pour l’idée d’article.
Source : GreenIT.fr, http://www.sciencedaily.com/releases/2013/06/130621095713.htm, http://www.extremetech.com/extreme/133697-hype-kill-graphene-is-awesome-but-a-very-long-way-from-replacing-silicon, http://www.pnas.org/content/early/2012/06/25/1205696109.full.pdf, http://www.monash.edu.au/assets/pdf/industry/11p-721-advanced-technology-flyers-graphene.pdf, http://www.extremetech.com/tag/graphene
Frédéric Bordage
Expert en green IT, sobriété numérique, numérique responsable, écoconception et slow.tech, j'ai créé le collectif Green IT en 2004. Je conseille des organisations privées et publiques, et anime GreenIT.fr, le Collectif Conception Numérique Responsable (@CNumR) et le Club Green IT.