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Nouveau classement du Top500 - Pétaflop!

Jean-Baptiste Kempf — Wed, 18 Jun 2008 23:10:00 -0700

Top 500

Le nouveau classement des 500 supercalculateurs les plus puissants dans le monde, publié deux fois par an par le site top500.org, replace les États-Unis dans les 5 premières places du classement. Une fois de plus, l’écrasante majorité des systèmes ont été conçus par des compagnies américaines, avec notamment les systèmes IBM et HP qui représentent 78% du classement.

Plus, toujours plus

Le précédent classement, de novembre 2007, avait vu trois calculateurs non-américains entrer dans le top10. Il avait aussi vu une entrée de 5 nouveaux systèmes dans ce top10. Ce nouveau classement, outre l’introduction du premier calculateur dépassant le téraflop (voir BE 127), change la hiérarchie de façon importante puisque seuls 4 systèmes du top10 d’il y a 6 mois sont encore présents dans ce top10. Tous les systèmes du top10 dépassent les 100 téraflops.

Le système BlueGene/L du « Lawrence Livermore National Laboratory », resté numéro 1 pendant 3 ans et demi, est dorénavant numéro 2. Le troisième système est un nouveau système BlueGene/P, situé à l’« Argonne National Laboratory ». Enfin, les grands laboratoires américains dépendant du « Department of Energy » ajoutent le 5ème système à leur palmarès avec un nouveau système fait par Cray à l’ « Oak Ridge National Laboratory ».

Il est notable que, pour la première fois depuis longtemps, un système du top10 soit installé chez un industriel (Total).

Technos

Technologiquement, sur l’ensemble du classement, les processeurs Intel se trouvent dorénavant dans 75% des systèmes et son architecture à quadri-cœur se trouve dans plus de la moitié des systèmes (20% des systèmes il y a 6 mois). Les interconnexions sont majoritairement basé sur du Gigabit Ethernet bien que cette technologie soit absente dans le top50. Linux reste le système d’exploitation le plus utilisé dans les systèmes du classement avec 80% des parts de marchés.

USA vs. world.

Les États-Unis restent dominants dans le calcul haute-performance, avec plus de la moitié des systèmes sur leur sol, mais la part Européenne s’améliore avec 37% des systèmes du top 500. La France, encore derrière le Royaume-Uni et l’Allemagne s’améliore et possède deux systèmes dans le top10.

Pour la première fois, le top500 calcule l’efficacité avec la performance rapportée à la consommation. Et le premier est le premier. :D

Source

Top 500

Bataille en vue: Processeurs pour appareils portables ?

Jean-Baptiste Kempf — Wed, 04 Jun 2008 18:53:00 -0700

Processeurs d'électronique grand public

Le marché des processeurs pour les appareils portables se densifie encore avec des nouveaux arrivants. Nvidia vient d'annoncer une nouvelle série de processeurs pour l'électronique grand public alors qu'Intel vient de faire son annonce officielle de sa gamme de processeurs « Atom ».

Entre les processeurs pour téléphones portables et les processeurs pour ordinateurs de bureau, une très grande variété des processeurs se développent, afin de répondre à la demande grandissante des appareils mobiles. Entre les mini-ordinateurs portables du type Asus EEE, les PC ultra-mobiles du type « Origami », les assistants personnels tournant sous Windows Mobile et les téléphones portables, comme l’iPhone, ayant des capacités multimédias, cette gamme des appareils a le vent en poupe.

nVidia et Intel attaquent

Les géants américains nVidia et Intel ont tous les deux commencé à adresser, de façon différente, ces marchés qui sont nouveau pour eux. Nous avons déjà parlé dans ces colonnes des processeurs nVidia APX 2500 et de la plate-forme « Atom » d’Intel.

Atom est lancé

Ainsi Intel, a lancé officiellement, cette semaine, sa gamme de processeurs « Atom » pour appareils portables. Ces puces, basées sur une architecture x86, sont des puces à basse consommation (entre 0,6Watt et 2,5Watt) et sont plutôt orientés ordinateurs ultra-portables que téléphones portables.

Tegra aussi

nVidia, après avoir annoncé son processeur pour téléphones portables, l’APX 2500, en février dernier, vient d’annoncer deux nouveaux processeurs basés sur une architecture similaire. Son architecture Tegra se base sur un cœur ARM11 et comprend un processeur graphique GeForce, un processeur de vidéo HD et un processeur d'imagerie; mais il comprend aussi des contrôleurs mémoire, IDE, USB et HDMI.

Deux versions ont été annoncées: le « Tegra 600 » et le « 650 ». Le Tegra 600 est cadencé à 700Mhz, a un bus mémoire cadencé à 166Mhz et peut décoder de la vidéo haute-définition en 720p (résolution de 1280x720 pixels). Le Tegra 650 est cadencée à 800Mhz (mémoire à 200Mhz) et doit pouvoir décoder de la vidéo haute-définition en 1080p (résolution de 1920x1080 pixels). Les processeurs Tegra fonctionne avec le système d'exploitation Windows Mobile, qui supporte les processeurs de type ARM.

Ainsi, nVidia se repositionne sur ce marché, avec un processeur APX, qui vise plutôt les téléphones portables et deux processeurs Tegra qui visent plutôt les appareils d'électronique grand public plus importants, sans toutefois attaquer sérieusement le marché des ordinateurs ultra mobiles

Statistiques sur les articles scientifiques

Jean-Baptiste Kempf — Fri, 16 May 2008 15:03:00 -0700

Bonjour à tous les lecteurs.

Dans ma catégorie Science et Technologie, qui est principalement en français, j'ai fait quelques statistiques.

Nombres

J'ai écrit 36 articles dans cette catégorie. J'en ai écrit d'autres qui n'ont jamais été publiés... :D

Sujets

Je parle de plusieurs sujets scientifiques, mais certains reviennent plus que d'autres:

Microprocesseurs : 11
Physique et Microelectronique : 10
Conference scientifques et technologiques : 12
Systèmes d'exploitation : 6
Solaire : 6
Supercalculateurs et HPC : 4
Communication et Internet : 6

Lecteurs

Le nombre de lecteurs se chiffre en centaines, et ne porte pas seulement sur le flux RSS.

Je sais que je dois bosser sur l'interface du site, je vais voir si j'ai le temps.

Conférence sur l'informatique embarquée à San José

Jean-Baptiste Kempf — Fri, 16 May 2008 14:16:00 -0700

Nota Bene: Cet article est un des articles que j'avais oublié de publier lorsque je l'ai écrit.

Embedded Systems Conference

Pour la vingtième année consécutive, l'ESC (Embedded Systems Conference) s'est déroulé à San José, dans la Silicon Valley, du 14 avril au 18 avril. Cette conférence, qui comprend aussi une exposition, est un évènement majeur pour l'informatique et les systèmes embarqués.

Les systèmes embarqués sont de plus en plus présents puisque les équipements portables comme les assistants personnels, les téléphones portables ou les GPS sont de plus en plus présents et de plus en plus ressemblants à des micro-ordinateurs. D'ailleurs, la limite entre ordinateurs et systèmes embarqués s'estompe.

Microprocesseurs

Au niveau des microprocesseurs, les principales tendances sont dictées par les grands acteurs. Sur le terrain des économies d'énergies et des faibles voltages, ARM a répondu à l'offensive d'Intel, et sa plateforme « Atom », avec une nouvelle version du contrôleur d'énergie (WIC) pour son processeur Cortex-M3 afin de permettre un allumage et une mise en veille instantanée. La deuxième tendance se porte vers le multimédia et l'intégration sur une seule puce (System on a Chip) de la plupart des fonctions, avec une nette percée des décodeurs vidéos matériels. Enfin, les processeurs ayant plusieurs cœurs et les problématiques de programmations de ces processeurs sont de plus en plus présents dans le monde de l'embarqué.

Langages

Le C et le C restent maîtres dans les langages de programmation du monde de l'embarqué. Une vidéoconférence de Bjarne Stroustrup, le créateur du C, a mis l'accent sur la programmation multi-cœurs en C++. Cependant, la poussée de Java, autour de la plate-forme Androïd et celle du framework .Net et du langage C# représentent une tendance nouvelle et durable. Ainsi, Microsoft a présenté des nouvelles évolutions de son « .Net Micro Framework », dans sa version 2.5, et sa collaboration avec EBSnet, pour l'intégration de divers protocoles dans ce framework. Microsoft a aussi détaillé sa feuille de route pour les environnements Windows Embedded et Windows Embedded CE.

Multimédias

De nombreux systèmes embarqués s'orientent vers le multimédia. Pour suivre cette demande, de nombreux processeurs ont les capacités de décoder matériellement les codecs vidéo les plus répandus, et parfois en Haute-Définition. Cependant le problème des Digital Right Managements (DRM) a été posé pendant l'ESC à plusieurs reprises, à cause de son manque de compatibilité, de standard et de simplicité pour les utilisateurs. Jim Barton de TiVO et Fred von Lohmann, de l'Electronic Frontier Association se sont opposés aux représentants d'Hollywood. Pour eux, les restrictions imposées par l'industrie d'Hollywood sont le frein au développement des contenus vidéo sur les systèmes embarqués. Malgré cela, le secteur de la vidéo et de l'embarqué restent très porteur pour l'industrie de l'embarqué.

Sources

ESC keynoters: Soon, all design will be embedded design

DRM debate gets louder

Supercalculateur à base de microprocesseurs embarqués

Jean-Baptiste Kempf — Wed, 14 May 2008 18:52:00 -0700

Supercalculateurs

Les super-calculateurs cherchent à développer la puissance de calcul la plus importante, et utilisent, en général, les microprocesseurs les plus rapides mais qui sont aussi les plus consommateurs d'énergie. Ainsi, la problématique énergétique est devenue un des problèmes les plus importants dans le monde des supercalculateurs, car il n'est pas rare de voir des centres de calculs consommant plusieurs mégawatts, une partie importante de l'énergie étant utilisée pour refroidir et évacuer la chaleur dégagée par les machines.

Processeurs embarqués

Trois chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), laboratoire national dépendant du Department of Energy, viennent de proposer une solution pour un calculateur travaillant sur des problématiques de réchauffement climatique. Au lieu d'utiliser des processeurs pour serveurs ou pour ordinateurs de bureau ou encore des processeurs vectoriels utilisés dans les cartes graphiques, ils utilisent des processeurs pour matériel embarqué, ceux que l'ont trouve dans la plupart des assistants personnels, appareils numériques multimédias ou localisateurs GPS.

Ces processeurs embarqués sont moins chers, moins performants, mais beaucoup plus petits et plus efficaces énergétiquement que les processeurs habituellement utilisés. En contrepartie, il faut énormément plus de processeurs pour arriver à la même performance. En outre, cela nécessite aussi une nouvelle topologie de réseau.

Recherche climatologique

Afin d'améliorer les modèles numériques pour le climat, et d'avoir une précision de l'ordre du km, les techniques actuelles demanderaient des ordinateurs qui coûteraient environ 1 milliard de dollars et consommeraient près de 200 mégawatts.

Coût et puissance.

Dans le projet du LBNL, 20 millions de processeurs seraient utilisés et le système coûterait environ 75 millions de dollars à construire, et consommerait seulement 4 mégawatts. La puissance atteinte serait de 200 pétaflops.

Cette approche est possible pour des applications très parallélisables mais n'est pas applicable à toutes les applications, car les communications inter-nodales ne sont pas aussi performantes que dans un supercalculateur classique, tous les nœuds n'ayant pas de liens directs entre eux.

Source

Berkeley Lab Researchers Propose a New Breed of Supercomputers for Improving Global Climate Predictions

Nouveautés chez les fabricants de microprocesseurs

Jean-Baptiste Kempf — Tue, 08 Apr 2008 19:28:00 +0200

L'actualité chez les fabricants américains de microprocesseurs grand public et professionnels s'est développée ces derniers jours entre nouveautés technologiques et annonces de suppression de postes.

IBM Power6

IBM a présenté, mardi 8 avril, son nouveau serveur, à base de processeurs Power6, qui diminue fortement la consommation électrique grâce à plusieurs innovations. Toutefois, les performances restent au rendez-vous, puisque dans ces serveurs, le processeur peut être cadencé jusqu’à 5,0 GHz, ce qui est la fréquence la plus élevée sur le marché.

WaterCooling

La principale innovation dans ces serveurs se trouve dans le refroidissement à eau utilisé pour refroidir les systèmes. En effet, au lieu d'utiliser un refroidissement à air classique, IBM utilise les capacités calorifiques de l'eau afin de créer un circuit complet de tuyauteries et d'amener l'eau jusqu'à l'intérieur du packaging du processeur. En outre, diverses améliorations sur les alimentations électriques permettent de proposer des systèmes ayant jusqu'à 448 processeurs à 4,7Ghz et un maximum de performance de 600 GigaFlops, pour chaque tour de serveurs.

Intel IDF

Intel, numéro un mondial du semi-conducteur, vient d'annoncer la suppression de 10% de ses emplois et des résultats moins bons qu'attendus. Cependant, Intel a mis l'accent pendant l'IDF (Intel Developer Forum) sur sa nouvelle plate forme embarquée « Atom » et sur de nouvelle déclinaisons de ces processeurs, consommant entre 0.65W et 2.64W et cadencées entre 800Mhz et 1.86Ghz. Ce nouveau marché pour Intel devrait l’aider à augmenter son chiffre d’affaire.

AMD

AMD, en grandes difficultés, se sépare de la même façon de 10% de ses employés et essaye de redevenir bénéficiaire. Technologiquement, AMD a présenté très dernièrement une série de 3 nouveaux processeurs à double-cœur « Athon X2 » à consommation réduite (22W et 35W) par rapport aux processeurs de bureau actuels. En outre, AMD a lancé, à la fin du mois dernier, sa ligne unique de processeurs triple-cœurs. Cadencés entre 1,8Ghz et 2,5Ghz, ces processeurs pour serveurs adressent un marché unique entre les bi-cœurs et les quadri-cœurs, avec des prix comparables aux bi-cœurs de la concurrence. AMD espèrent renforcer sa bonne position sur le marché serveur en attendant ses processeurs Barcelona, quadri-cœurs, qui arrivent sur le marché dans les prochains mois.

Sources

Power6Micro

Nouveautés chez les fabricants américains de microprocesseurs.

Jean-Baptiste Kempf — Wed, 05 Mar 2008 18:03:00 +0100

Malgré la suprématie très large d'Intel sur son concurrent AMD, le secteur des microprocesseurs multiplie les annonces et reste très concurrentiel.

Intel Atom

Intel, dont les résultats financiers pour le premier trimestre ont été revus à la baisse à cause de la baisse des mémoires de type NAND, vient d'annoncer son architecture x86 à très basse consommation: Centrino Atom.

La plateforme Centrino Atom consiste en un processeur à très basse consommation, nommé Atom (anciennement Silverthorne) et un chipset spécifique. Le processeur Atom comporte 47 millions de transistors sur un cœur de 25 mm^2 gravé en 45nm et est basé sur une architecture de type Merom, très simplifiée. Les cellules SRAM utilisées dans Silverthorne utilisent 8 transistors, au lieu des 6 nécessaires pour un processeur de type Core 2, afin de minimiser la consommation énergétique, qui varie entre 0.6 et 2 Watts de TDP.

Atom est un processeur qui supporte l'hyper-threading et comporte un pipeline à 16 étages ne supportant pas les instructions non-ordonnancées, afin de simplifier la complexité. Ce processeur peut décoder simultanément 2 instructions x86, possède deux unités en virgule flottante: une dédiée aux additions et une aux multiplications, deux unités entières et une unité SIMD de type SSE. La mémoire cache de niveau L1 fait 56Ko et celle de niveau L2 fait 512Ko.

Intel compte ainsi attaquer le marché de l'embarqué, chasse gardée de ARM, car ce marché d'appareils portables est très porteur et permettrait à Intel d'accéder un nouveau marché.

AMD 780 et 780G

De son coté, AMD vient d'annoncer des nouveaux chipsets et une nouvelle plate-forme pour les cartes mères dites intégrées. En utilisant les technologies d'ATI, le fondeur propose une solution intégrée ayant des performances graphiques correctes, pouvant décoder les vidéos HD encodées en H.264 ou VC-1 et supportant DirectX 10 et les Shader Model 4.0.

La plate-forme est composé d'un contrôleur « nord » (NorthBridge) de 205 millions de transistors, gravé en 55nm qui s'occupe de la partie graphique, des sorties vidéos et HDCP, et des ports PCI Express, et d'un contrôleur « sud » classique (SouthBridge), gérant les autres entrées/sorties. Les interactions avec le processeur se font en utilisant la norme HyperTransport 3.0, et le contrôleur mémoire est intégré au processeur.

AMD compte ainsi proposer pour le marché d'entrée et de moyen de gamme une solution complète, utilisant les dernières technologies disponibles et apportant des performances graphiques honorables, meilleures que les solutions embarqués habituelles mais en deçà des performances des solutions graphiques spécifiques. Ce secteur de marché est un secteur où Intel est très majoritaire.

Nvidia se lance dans les processeurs pour portables

Jean-Baptiste Kempf — Wed, 13 Feb 2008 16:31:00 +0100

Nvidia, basé à Santa Clara, CA, est un des leaders des processeurs graphiques (GPU) pour ordinateurs depuis plusieurs années. Malgré la production de contrôleurs de carte mère (chipsets), Nvidia n’est jamais vraiment entré dans le marché des processeurs (CPU), où Intel et les constructeurs de DSP restent les leaders.

Nvidia a cependant annoncé un nouveau processeur pour appareils mobiles et téléphones portables : l’APX 2500. Cette annonce suit le rachat, l’année dernière, de PortalPlayer, producteur de SoC (« System-On-Chip ») basé sur des technologies ARM. Cette annonce concurrence directement des fabricants comme TI, (Texas Instruments au Texas).

Ce système est un processeur complet, comprenant la plupart des fonctions nécessaires au fonctionnement des appareils : processeur et calculateur arithmétique, processeur graphique 3D, accélérateur vidéo, contrôleur mémoire et contrôleur d’E/S. Basé sur un processeur mono-cœur d’ARM, l’ARM11 MPCore, gravé en 65 nanomètres chez TSMC à Taïwan et cadencée à 750Mhz (fréquence supérieure au standard de cette architecture), ce SoC comprend les technologies graphiques de Nvidia. Ainsi, il supporte les normes OpenGL ES 2.0, Direct3DMobile pour les applications 3D mais aussi le décodage de vidéo HD en 720p (résolution de 1280x720) utilisant les codecs MPEG-4, H.264/MPEG-4 AVC et VC-1/WMV9, qui sont les standards de l’industrie de l’électronique grand public. Pouvant être couplé à des appareils photos de 12 millions de pixels, pouvant encoder matériellement les vidéos en MPEG-4 et H.264 et étant capable de produire les vidéos en HDMI, ce SoC se présente comme une plate-forme multimédia complète pour de nombreux produits mobiles.

Techniquement, ce processeur atteint un résultat de 920 au test de performance Dhrystone MIPS tout en gardant une consommation assez faible. Ceci est réalisé grâce à une gravure plus fine qu’habituellement (en 65 nanomètres) et au choix d’une architecture privilégiant la consommation à la performance, contrairement à d’autres architectures plus récentes, comme celle de type TI Cortex. Ensuite, contrairement aux habitudes de Nvidia, ce processeur utilise des DSP (Digital Signal Processor), héritages de PortalPlayer, plutôt que des cœurs de type Tensilica. Enfin, Nvidia a intégré des fonctionnalités de sauvegarde d’énergie et de mises en veilles partielles de certaines parties du processeur.

Ce processeur sera disponible dans le courant de l’année 2008.

Intel à la conférence ISSCC à San Francisco: Tukwila et PRAM

Jean-Baptiste Kempf — Wed, 06 Feb 2008 16:17:00 +0100

L'International Solid State Circuits Conference s'est déroulée à San Francisco, Californie, du 3 au 7 février 2008. Cette conférence annuelle présente des avancées dans les circuits intégrés (IC). Cette année, Intel a présenté deux grandes innovations : le processeur Tukwila et une nouvelle technologie de mémoire à changement de phase.

La première grande annonce concerne le nouveau processeur Itanium, processeur très haut de gamme pour le calcul haute performance (HPC). La nouvelle génération, appelée Tukwila, gravée en 65nm, présente plusieurs innovations pour Intel. Ce processeur sera quadruple-cœur, embarquera jusqu'au 30Mo de cache, intégrera le contrôleur mémoire, supportera l'Hyper-Threading et dépassera les 2 milliards de transistors, ce qui en fait le plus gros processeur jamais créé. Tukwila sera disponible pendant le second semestre 2008.

L'architecture Itanium a toujours péché par sa lenteur relative de ses accès mémoire par rapport à sa capacité de calcul. Malgré des caches de niveau 2 et 3 de tailles gigantesques par rapport aux processeurs de bureau, ces processeurs sont fortement pénalisés lorsque le volume de données est plus important et que le nombre de calculs par donnée est relativement moins important. Pour palier à ces problèmes, Intel introduit un système de contrôleur mémoire à l'intérieur du processeur cadencé à la même fréquence, qui sera couplé à un système d'interconnexion inter-processeur, un bus à très haute vitesse, remplaçant le FSB (Front Side Bus). Ce dernier système, anciennement appelé CSI, nommé QuickPath est comparable à la technologie HyperTransport d'AMD. QuickPath sera aussi présent sur les futurs processeurs professionnels Xeon de type Nehalem, ce qui permettra d'utiliser des chipsets identiques pour les futurs Xeon et les Tukwila.

En outre, lors de cette conférence, des chercheurs d'Intel en partenariat avec STMicroelectronics, ont présenté un papier de recherche sur la possibilité de doubler la capacité des mémoires à changements de phase. En effet, au lieu d'utiliser seulement deux états (l'état amorphe et l'état cristallin), ces chercheurs ont montrés comment utiliser deux autres nouveaux états intermédiaires exploitables, ce qui permet donc de doubler la quantité d'information stockée.

Ils utilisent un verre de chalcogénure, nommé GST (Ge2Sb2Te5), contrôlé par un micro-radiateur programmé par un algorithme sur la puce. Ces micro-radiateurs permettent d'atteindre les 4 états nécessaires. La lecture se fait par mesure de la résistance électrique entre deux électrodes positionnées sur chaque cellule de stockage.

Cette avancée dans la mémoire à changement de phase (PRAM) permet à cette technologie, encore à l'étude, de se rapprocher des capacités de stockage des mémoires flash.

Transistors en fullerènes à températures ambiantes

Jean-Baptiste Kempf — Fri, 30 Nov 2007 10:52:00 +0100

Des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont fabriqué des transistors à effet de champ en couches minces "thin-film" et à températures ambiantes en utilisant des molécules de carbone 60, le fullerène. Ces nouveaux transistors organiques se distinguent par une mobilité électronique plus élevée que le silicium amorphe, par de basses tensions de seuil, et par une stabilité opérationnelle élevée. Physiquement intéressants, ils présentent aussi des propriétés nécessaires à toutes les technologies travaillant sur des substrats flexibles, comme certains plastiques.

Le C60 ou fullerène a déjà été le sujet de nombreuses recherches puisque que les chercheurs ont vite remarqué ses propriétés électroniques. Ainsi le domaine des transistors à base de C60 s'est développé depuis plusieurs années. Cependant, les meilleurs résultats étaient obtenus avec des valeurs de mobilité approchant les 6 cm2/V/s mais utilisaient des processus industriels qui atteignaient les 255°C et se révélaient donc incompatibles avec des substrats de type plastiques.

L'équipe de recherche menée par le professeur français Kippelen (Georgia Institute of Technology) a réussi, en diminuant cette valeur (entre 2.7 et 5 cm2/V/s), à produire des transistors et des substrats à température ambiante et donc a ouvert la porte à de nouvelles applications, notamment dans les applications avec des circuits très simples.

Plusieurs limitations restent encore à lever à ce jour. Tout d'abord, les molécules utilisées réagissent avec l'oxygène, et ces transistors nécessitent d'opérer en milieu azotique, ce qui reste une technologie trop chère pour le marché visé. Les chercheurs pensent régler ce problème en utilisant des molécules légèrement différentes. Ensuite, les chercheurs ont utilisé un substrat à base de silicium et non un substrat organique. Le portage de leur technologie sur un substrat organique nécessitera encore du travail de recherche, mais l'idée essentielle a été démontrée par cette équipe.

La fabrication de ces transistors a été faite par dépôt en phase gazeuse d'une couche mince de fullerènes sur un substrat de silicium. L'oxyde et la grille avaient déjà été déposés auparavant sur ce substrat. Ensuite, le drain et la source sont déposés sur la couche mince à travers un masque de façon classique.

Les transistors à base de C60 ne replaceront probablement pas les transistors "classiques", mais ils répondent à des besoins où la complexité des circuits est plus faible, la latence plus importante, et le coût bien moindre. L'équipe du Pr. Kippelen travaille actuellement à perfectionner cette technologie mais aussi à recréer d'autres composants électroniques que les transistors.

Débogage rapide des puces par l’université du Michigan : FogClear

Jean-Baptiste Kempf — Thu, 15 Nov 2007 20:00:00 +0100

Avec l’augmentation de la complexité et la réduction des tailles des puces, les bogues après fabrication, « post-silicon bugs », notamment ceux causés par les conditions externes (hautes températures, calcul intensif, etc…), restent nombreux et peuvent coûter de long mois de tests et plusieurs millions de dollars.

En effet, les puces les plus complexes sont polyvalentes et doivent fonctionner dans des cas très variés, ce qui rend impossible l’exécution de tests exhaustifs.

Actuellement, une puce de conception est d'abord validée en simulations, puis après gravure, un prototype subit des tests supplémentaires. Si des problèmes sont détectés à ce stade, il faut trouver la cause du problème, ce qui se révèle de plus en plus complexe, et le réparer sans altérer les résultats corrects dans les autres cas. Enfin, il s’agit de refaire un prototype et de recommencer le processus. Ce processus d’essais-échecs reste donc assez lent, surtout avec les circuits les plus complexes.

Des chercheurs de l’université du Michigan ont présenté à la conférence internationale de la Conception Assistée par Ordinateur, l’ICCAD, à San José, CA, une méthode différente. C’est une systématisation de la recherche et de la réparation de ces bugs, qui s’inspire d’algorithmes de résolutions de puzzles, nommée FogClear, et qui regroupe plusieurs outils.

Tout d’abord, puisque les tests sur le silicium produisent des traces (bugtraces) extrêmement longues, ils utilisent une méthode de minimisation des traces pour réduire leur complexité. Leur méthode de minimisation, Butramin, se sert de la puce pour faire cette minimisation rapidement, contrairement à la plupart des autres méthodes qui utilisent des simulateurs. Ensuite, cette trace est simulée dans un simulateur logique afin de déterminer si l’erreur est fonctionnelle ou électrique.

Si l’erreur est fonctionnelle, PAFER est un framework qui va analyser l’écart entre le résultat de l’expérience et le résultat théorique et essayer d’en déduire des solutions. Ces solutions seront analysées automatiquement par PAFER. L’utilisation de leur outil, PARSyn, permet de prendre en compte l’espace physique, afin de savoir de vérifier qu’une solution possible est compatible avec l’espace disponible sur la puce.

Les erreurs électriques, quant à elles, bien que plus rares, peuvent devenir statistiquement notables dans de grands circuits. En général, les modifications du câblage permettent d’en venir à bout, sans toucher à la partie logique, mais elles peuvent coûter chères si elles doivent être effectuées après gravure. En utilisant l’outil SymWire, certaines symétries de cellules sont détectées et sont modifiées afin de minimiser les erreurs potentielles, notamment celles dues au couplage. Enfin, SafeResynth, cherche automatiquement les cellules inutilisées et les intègre au circuit afin de dédoubler les signaux trop faibles et de réduire les erreurs qui s’en suivent.

En intégrant tous ces outils qu’ils ont développés dans un Framework, FogClear permet d’automatiser et donc de réduire le temps et les coûts de cette phase de développement.

IBM recycle ses processeurs en capteurs solaires

Jean-Baptiste Kempf — Fri, 09 Nov 2007 01:01:00 +0100

IBM recycle ses processeurs défectueux pour en faire des capteurs solaires

Pénurie de Silicium

L'industrie des cellules solaires s'est trouvée pénalisée, dernièrement, par les hausses de leurs matières premières. En effet, à cause de la reprise du marché des semi-conducteurs et de la pénurie de Silicium qui s'en est suivie, les prix sont passés de $25/kg en 2004 à plus de $200/kg en 2006. Ainsi, cette industrie, qui connaissait une croissance de plus de 30%, estime sa croissance pour l'année 2007 entre 10% et 20%, et semble développer les cellules à base de film, moins performantes, mais nécessitant moins de silicium.

Les galettes d'oxyde de Silicium, les "silicon wafers", sont principalement produites par quelques vendeurs, pour les grands fabricants de semi-conducteurs. La demande de semi-conducteurs a suffisamment augmenté pour justifier l'accélération du processus d'augmentation de la taille des galettes, pour atteindre 450mm (au lieu de 300mm actuellement), et ce dès 2012.(2)

Puisque le coût de la matière première a fortement augmenté, le recyclage gagne en intérêt. De plus, les déchets des industries de semi-conducteurs ne sont presque pas traités, notamment afin de protéger les secrets industriels. IBM vient de faire une percée dans le domaine de ce recyclage.

Comment recycler ?

Le recyclage peut mettre à jour des procédés et des secrets industriels, puisque le Silicium expose les circuits, alors que ces industries sont très compétitives. Pour effacer les circuits, les méthodes habituelles de recyclage utilisent de nombreux gaz et acides corrosifs, comme H2SO4, HF, HNO3, ou de l'Ozone. Ces méthodes polluantes, consomment beaucoup d'énergie, demandent de nombreux équipements et dégradent en partie le Silicium.

Enfin, on estime que recycler du silicium pour en produire un panneau solaire coûte alors en énergie près d'un tiers de l'énergie qu'il va produire tout au long de sa vie, ce qui est très important.

Une solution

IBM Burlington, a annoncé avoir développé une technologie, mécanique et abrasive uniquement qui permettra de recycler ces galettes usagées en panneau solaire. Elle permet de réduire la consommation d'énergie de cette phase, de ne pas consommer d'acides, et d'accélérer le recyclage. Le Silicium ainsi obtenu n'est pas d'une pureté suffisante pour être réutilisé dans des processeurs, mais convient à des productions de panneaux solaires.

Ceci permettra à IBM de recycler environ 3 millions de galettes par an et de faire baisser le prix du Silicium. IBM a été récompensé lors des Most Valuable Pollution Prevention awards pour cette technologie.

Microprocesseurs 45nm - High-k ?

Jean-Baptiste Kempf — Thu, 25 Oct 2007 00:00:00 +0200

La génération 45nano

Les prochains microprocesseurs grand public, de génération 45 nanomètres (nm), qui seront mis sur le marché d’ici la fin de l’année, présenteront un saut technologique substentiel, plus important que le changement habituel de finesse de gravure.

En effet, pour passer de la génération actuelle, en 65nm, à cette nouvelle génération, une importante modification de la structure des transistors à été nécessaire. Cette structure n’avait presque pas été modifiée depuis la fin des années soixantes.

Rappels sur les transistors

Pour rappel, les transistors actuellement utilisés dans les microprocesseurs, qui sont des transistors MOS à effet de champ (MOSFET), sont composés :

d’une connexion à la grille, faite en Silicium polycristallin, à l’origine en métal (M);
d’un oxyde (O) de Silicium (SiO2), qui sert d’isolant entre la grille et le substrat;
d’un substrat semi-conducteur (S), appelé « channel » ou canal, qui sépare le drain et la source, où peut passer le courant.

Il existe deux types de transistors MOS:

les NMOS
et les PMOS.

Ils diffèrent par le dopage de leurs composants; par exemple, les NMOS ont leur grille, leur drain et leur source dopés négativement, et le canal positivement. Lorsqu’une tension est appliquée à la grille, l’accumulation de charges à la frontière de M et de O, crée une accumulation inverse dans le substrat et laisse passer les charges depuis la source vers le drain.

Problème des dernières générations

Avec la miniaturisation des dernières générations de gravure, l’oxyde est devenu tellement fin (1.2nm, de l’ordre de quelques atomes) qu’un effet quantique : l’effet tunnel, se fait ressentir, et que des fuites de courant à travers l’oxyde apparaissent. Alors que toute l’industrie de la micro-électronique fait de très nombreux efforts pour limiter la consommation des puces, ce problème est perçu comme un axe majeur de développement. Ainsi, lors de la génération 65nm, si l’oxyde n’a pas diminué en taille par rapport à la génération précédente, c’est précisément afin de ne pas trop augmenter la consommation électrique des puces.

Constantes diélectriques et High-K

Cet oxyde est caractérisé par sa constante diélectrique, qui est le rapport entre sa permittivité et la permittivité du vide, et qui reflète sa capacité d’isolation. Actuellement, les oxydes de types SiO2 ou SiOxNy ont des constantes diélectriques de l’ordre de 4.

Des oxydes métaliques

Des oxydes a constante élevée, appelés high-k dielectrics, existent et contiennent la plupart du temps de l’Aluminium, du Titane, du Hafnium ou du Zirconium. Plus isolants, ils permettent de réduire significativement les courants de fuites et continuer la miniaturisation. Intel a mis de nombreuses années à les développer et à trouver les meilleures formules pour permettre leur industrialisation.

Problème de fabrication

Le premier problème rencontré résidait dans l’accumulation de charges dans les irrégularités de la frontière oxyde-grille, malgré la finesse de la déposition chimique en phase gazeuse (CVD) lors du processus de fabrication. Une méthode alternative, appelée Atomic Layer Deposition (ALD) a été utilisée. Elle permet de déposer de très fines couches, très régulières, a permis de résoudre le problème.

Passage à une grille métallique

Malheureusement, les premiers transistors fabriqués étaient beaucoup plus lents que prévu. En effet, des phénomènes de résonnance des dipôles du diélectrique entrainaient de fortes vibrations dans le silicium du canal, ralentissant les transferts de charges. Cette fois-ci, une augmentation de la densité de charges dans l’électrode de la grille devait résoudre le problème. Pour ce faire, il fallait donc changer la composition de la grille, et la solution retenue consiste à utiliser divers métaux. Il faut utiliser deux métaux différents pour les transistors NMOS et PMOS, puisque leurs grilles n’ont pas les même propriétés. Cette étape a eu lieu vers la fin de l’année 2003.

Processus industriel modifé

Enfin, le passage à la phase industrielle obligeait à trouver des métaux qui présentent les bonnes caractéristiques, mais qui puissent passer toutes les phases industrielles, qui présente des phases à haute températures, notamment lors de la mise en place du drain et de la source. Après de longues recherches, la solution retenue consiste à modifier le processus industriel, en construisant la grille et l’oxyde, après avoir mis en place la source et le drain, ce qui est l’inverse du processus précédemment utilisé.

Conclusion

Ainsi, Intel mettra sur le marché, d’ici quelques semaines, des micro-processeurs 45nm utilisant cette technologie. L’alliance IBM (avec AMD) fera de même dans le courant de l’année 2008. Dans les deux cas, ce sont probablement des oxydes à base d’Hafnium, qui sont utilisés. Il n’est pas sûr que ces oxydes soient encore utilisés pour les générations suivantes (32nm), ni qu’ils permettent de passer la barre des 22nm.