Une équipe d’ingénieurs de l’université Stanford vient de démontrer comment le graphène peut améliorer les interconnexions entre les transistors d’un processeur. Le gain de performance ne serait pas énorme avec les puces actuelles mais pourrait jouer un rôle déterminant pour les prochaines générations de processeurs. À condition de pouvoir adapter le graphène à une production de masse…

Dans la conception des processeurs, l’un des principaux éléments bridant les performances réside dans les interconnexions entre les millions de transistors, actuellement constituées de connecteurs de cuivre isolés avec du nitrure de tantale (TaN). Une équipe de chercheurs de l'université Stanford emmenée parPhilip Wong, ingénieur spécialisé dans les semiconducteurs, vient de mettre en évidence que le graphène pourrait servir d’alternative à cet isolant et offrir deux avantages déterminants : la réduction du diamètre des fils de cuivre et l'accélération des transferts des données.Pourquoi le graphène pourrait-il réduire l'épaisseur des connexions au sein d'un processeur ? Parce qu'une couche de graphène, telle qu'elle pourrait être utilisée pour enrober un fil de cuivre, est huit fois plus fine que la gaine de nitrure de tantale tout en offrant les mêmes propriétés. Pour prendre une métaphore, c’est un peu comme réduire l’épaisseur d’un tuyau sans en diminuer le diamètre intérieur. Mais ce n’est pas tout…

Pour envisager d’utiliser le graphène comme isolant des connecteurs de cuivre entre les transistors, les chercheurs vont devoir trouver une méthode de culture du graphène adaptée à une production de masse. ©UCL Mathematical and Physical Sciences, Flickr, CC BY-SA 2.0
Le graphène est à la fois isolant et conducteur

L’équipe de Stanford a fait une seconde découverte importante : les électrons peuvent circuler à travers le graphène aussi bien qu’ils le font à travers les fils de cuivre. Outre son rôle d’isolant, le graphène peut donc aussi jouer les conducteurs auxiliaires. « Sa structure en treillis permet aux électrons de sauter d’atomede carbone en atome de carbone le long du fil tout en contenant efficacement les atomes de cuivre à l’intérieur du fil de cuivre », expliquent les chercheurs. Ceci peut donc contribuer à augmenter la vitesse de transfert des données.De combien ? Si la technique était appliquée aux processeurs actuels, le gain de performance se situerait entre 4 et 17 % selon la longueur des fils, ce qui, de l’aveu même des chercheurs de Stanford, est assez modeste. En revanche, ils estiment que les qualités du graphène pourraient augmenter de 30 % la vitesse des deux prochaines générations de processeurs, dont les connexions devront être plus fines et plus nombreuses.Si le graphène est souvent cité comme potentiel successeur du silicium pour la fabrication dessemiconducteurs, les obstacles techniques demeurent encore importants. En revanche, le recours au graphène pour remplacer le nitrure de tantale serait plus facile à intégrer dans les processus industriels de fabrication. « Cela fait longtemps que l’on promet que le graphène bénéficiera à l’industrie électronique, estime Philip Wong. L’utiliser comme isolant pour le cuivre sera peut-être la première réalisation concrète de cette promesse. » Pour franchir cette étape, les chercheurs veulent désormais développer des techniques de production qui permettront de cultiver le graphène directement sur les fils de cuivre afin de pouvoir envisager une production de masse.