Microélectronique avancée pour les systèmes d information

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1 UNIVERSITE TECHNIQUE DE SOFIA FILIERE FRANCOPHONE DE GENIE ELECTRIQUE Microélectronique avancée pour les systèmes d information Slavka Tzanova

2 Introduction L'une des tendances majeures des sciences et des technologies d'aujourd'hui est la course à la miniaturisation Pourquoi? Faire toujours plus petit est le maître mot de nombreux scientifiques et industriels. Faire toujours plus petit pour être plus rapide et moins cher... Ce sont des systèmes électroniques qui permettent d'être intégrés dans le PC de bureau,téléphones portables,appareils photo,téléviseurs à ecran plat et etc..

3 Les grands opérateurs de l'industrie du silicium ont déjà mis un premier pied dans le domaine des nanotechnologies dès fin 2002, lorsque la barrière «sub-loonm» a été franchie. Processeurs au silicium L'aventure continue

4 Processeurs au silicium L'aventure continue Le 65 nm est arrivé sur le marché en 2005, chez Intel comme chez AMD qui a signé un accord de développement avec IBM et le 45 nm a apparu en 2007.

5 Processeurs au silicium L'aventure continue Lancé en 2005, le processeur qui porte le nom de code Smithfield, inaugurait des processeurs double-cœur chez Intel-le premier processeur double-coeur d'intel pour ordinateurs de bureau.

6 Photolithographie La photolithographie est le procédé utilisé pour fabriquer les circuits de nos ordinateurs ainsi que tous les autres dispositifs électroniques et c est elle qui est déterminative pour la miniaturisation.

7 Procédé de la photolithographie oxidation masque optique stepper exposure évacuation du photoresiste revêtement avec photoresiste étape du procédé développement du photoresiste spin, rinser, sécher gravure

8 Progrès de la photolithographie La lithographie par faisceau d'électrons -la première technique permettant une fabrication «sub-100 nm». La lithographie X La technologie EUV Lithographie molle La technologie CMOS La technologie SOI

9 Nouveaux matériaux En 2003 IBM et Intel proposaient une autre amélioration largement diffusée depuis, dans la construction de processeurs rapides au silicium : le strained silicon- (littéralement «silicium étiré») C'est une couche de silicium dont le réseau cristallin des atomes a été «étiré» pour permettre un déplacement plus rapide des électrons et permet de réduire les «obstacles» sur le trajet des électrons.

10 Silicium étiré Cette technologie est employée par Intel et IBM dans le Pentium 4 E

11 De l'architecture des microprocesseurs On distingue aujourd'hui 4 familles d'architectures caractérisant les microprocesseurs : L'architecture CISC (Complex Instruction Set Computer, ou «jeu d'instruction complexe» ) La technologie RISC (Reduced Instruction Set Computer, ou «ordinateur à jeu d'instructions réduit») L'architecture EPIC (Explicit Parallel Instruction Computing ou machine explicitement parallèle) L'architecture VLIW (Very Long Instruction Word, littéralement «mot d'instruction très long»)

12 L'architecture CISC Le 8086 comptait à peine transistors (le Pentium 4 HT millions). A cette époque, la mémoire système est chère et lente (les plus gros systèmes - quelques Moctets). Intel - solution de compromis - l'architecture CISC avait pour vocation de minimiser l'utilisation de cette ressource : un petit nombre de registres, des instructions de longueur variable, très complexes et requérant donc un nombre important de cycles d'horloge pour être exécutées par le processeur des instructions complexes, sont directement imprimées sur le silicium de la puce et peuvent alors être appelées telles des macro-commandes afin de gagner en rapidité d'exécution.

13 L'architecture RISC Le processeur Itanium2 Madison 9M avec ses 600 millions de transistors Préconise des instructions simples et donc courtes, de longueurs toutes identiques et pouvant de ce fait être exécutées très rapidement, c'est-à-dire en un seul et unique cycle d'horloge Les instructions sont alors cadencées de manière synchronisée dans un pipeline. Une fome de compromis: les processeurs qui utilisent des pipelines plus long peuvent également opérer à des fréquences plus élevées car plus ceux-ci sont long et plus les opérations sont divisées finement, c'est-àdire plus les instructions sont simples.

14 L'architecture EPIC Itanium d'intel - microprocesseurs à 64 bits de la nouvelle génération, initiée et développée conjointement par HP et Intel. le processeur gère séparément ce que l'on appelle un flux de données important, afin de gérer tous les calculs en parallèle sans perte de vitesse performances des microprocesseurs réside dans ce que l'on appelle «parallélisme à grain fin». Cela veut dire, l'exécution en parallèle d'instructions les plus élémentaires possibles.

15 L'architecture VLIW VLIW - sur les microprocesseurs Hewlett Packard,constitue également l'un des fondements de l'architecture des processeurs Itanium d'intel. L idee-concaténer ou regrouper plusieurs opérations indépendantes et élémentaires au sein d'un même mot d'instruction qui sera lu puis exécuté par le processeur en un seul temps de cycle. L'intégration d'architectures complètes d'un ordinateur digne de ce nom sur un circuit unique-c'est-à-dire des puces qui intègrent sur une même puce de silicium, à la fois un microprocesseur, un circuit graphique et un contrôleur mémoireamélioration des bandes passantes et minimiser les coûts de production

16 Plateformes de génération conventionnelle Cinq d'entre elles représentent les catégories dites «traditionnelles» : les ordinateurs de bureau (desktops), les ordinateurs portables (laptops), les stations de travail (workstations), les serveurs, les gros systèmes centraux (mainframes) et les super-calculateurs. Mainframe basé sur Dual-Core Intel Itanium processeur 9000

17 Plateformes émergentes La sixième famille est apparue à la fin des années Ce sont les plates-formes dites «émergentes» qui envahissent de plus en plus notre quotidien. Ce sont: agendas électroniques des téléphones mobiles des consoles de jeux vidéo systèmes de navigation équipant les automobiles et etc..