Un « booster de simulation » pour la nanoélectronique

Matériaux EPMoteurs électriques
Publication novembre 2019

Deux groupes de recherche de l’ETH Zurich ont mis au point une méthode permettant de simuler de manière réaliste, rapide et efficace des dispositifs nanoélectroniques et leurs propriétés. Cela offre une lueur d’espoir à l’industrie et aux exploitants de centres de données, qui sont tous deux face aux difficultés de la surchauffe que procurent les transistors toujours plus petits et puissants.

Les fabricants de puces assemblent déjà des transistors qui ne mesurent que quelques nanomètres de diamètre. Ils sont beaucoup plus petits qu’un cheveu humain, dont le diamètre est d’environ 20 000 nanomètres dans le cas de brins plus fins. Aujourd’hui, la demande pour des supercalculateurs de plus en plus puissants pousse l’industrie à développer des composants encore plus petits et encore plus puissants en même temps.

Cependant, en plus des lois physiques qui rendent plus difficile la fabrication de transistors à très grande échelle, le problème de la dissipation croissante de la chaleur met les fabricants dans une situation délicate, en partie en raison de la forte augmentation des besoins en refroidissement et de la demande d’énergie qui en résulte. Le refroidissement des ordinateurs représente déjà jusqu’à 40 % de la consommation d’énergie de certains centres de données, comme l’indiquent les groupes de recherche dirigés par les professeurs Torsten Hoefler et Mathieu Luisier dans leur dernière étude, qu’ils espèrent voir se développer une meilleure approche. Grâce à leur étude, les chercheurs ont reçu le prix Gordon Bell de l’ACM, le prix le plus prestigieux dans le domaine des supercalculateurs, qui est décerné annuellement lors de la conférence SC supercomputing aux États-Unis.

Pour améliorer l’efficacité des nanotransistors d’aujourd’hui, le groupe de recherche dirigé par Luisier de l’Integrated Systems Laboratory (IIS) de l’ETH Zurich simule des transistors à l’aide du logiciel OMEN, un simulateur de transport quantique.

OMEN effectue ses calculs sur la base de ce que l’on appelle la théorie fonctionnelle de la densité, permettant une simulation réaliste des transistors en résolution atomique et au niveau de la mécanique quantique. Cette simulation permet de visualiser comment le courant électrique circule dans le nanotransistor et comment les électrons interagissent avec les vibrations des cristaux, ce qui permet aux chercheurs d’identifier précisément les endroits où la chaleur est produite. En retour, OMEN fournit également des indices utiles sur les domaines où il y a place à l’amélioration.

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