Le professeur Chris H.Kim de l’University of Minnesota a annoncé lors du VLSI Symposia à Kyoto, la semaine passée, avoir réalisé un circuit permettant de dater le vieillissement des puces de silicium, classé selon 3 signes caractéristiques. Il espère ainsi pouvoir intégrer par la suite un tel circuit dans les microprocesseurs, pour compenser les détériorations dues à l’âge des composants qui ralentissent la performance des puces.
Selon Kim "la notion d’âge pour un transistor est un nouveau concept pour les designers de circuit". En général les transistors ont une durée de vie de 10 ans. Mais alors que leur taille ne cesse de diminuer il devient de plus en plus difficile de garantir cette durée de vie. Avec le temps, même la plus infime variation peut diminuer la fréquence d’opération du transistor, et ainsi un composant âgé peut ne plus fonctionner correctement. En raison de ces problèmes, l’âge des transistors apparaît comme un nouveau défi pour les ingénieurs.
Ce type de circuit pourrait être alors utilisé pour corriger ces défauts. Par exemple dans un processeur d’ordinateur portable, il est préférable de garder un niveau d’alimentation le plus bas possible afin de consommer le moins possible. Une technique largement utilisée dans la conception des ordinateurs, appelée "dynamic voltage scaling[1]", consiste à augmenter ou à réduire dynamiquement la puissance d’alimentation afin respectivement d’accroître les performances ou d’économiser de l’énergie. Cette technique synchronisée avec un circuit de détection du vieillissement implanté dans les processeurs pourrait permettre de prolonger la durée de vie des composant. En effet, en informant le circuit de régulation d’augmenter la puissance d’alimentation il serait possible de compenser les effets de l’âge.
D’autre part, certains chercheurs comme le professeur d’électronique Kenneth Shepard de Columbia University s’attendent à ce que les puces intègrent de plus en plus de processeurs. Quelques processeurs pourraient alors être gardés en réserve pour remplacer un défectueux. Un circuit de contrôle permettrait donc de surveiller les composants actifs, les déconnecter s’ils ne correspondent plus aux performances attendues, et replacer les processeurs périmés par ceux inutilisés.
Depuis 2005 l’équipe de Kim travaille sur ce type de contrôleur, en collaboration avec IBM’s T.J REsearch Center, à Yorktown Heights, N.Y. Contrairement à la première version, le nouveau système est capable en plus de mesurer l’âge, de différencier les 3 types de vieillissement. Le premier nommé "hot carrier injection" est une détérioration qui apparaît lorsque le transistor est en commutation. Les charges s’accumulent dans la couche d’isolation du transistor et altèrent la tension d’alimentation nécessaire à son activation. Le second est lié à une tendance d’instabilité en température, qui apparaît lorsque le transistor est activé. L’impact est similaire au premier, des charges sont piégées à l’interface entre le canal du transistor et l’isolation, affectant la tension d’activation du transistor. Enfin le dernier, appelé "time-dependent dielectric breakdown" est le résultat d’un effet tunnel, qui crée un court circuit entre l’oxyde et le substrat. La prochaine étape du projet sera d’étendre ce type de contrôle aux autres interconnections de la puce et non pas seulement dans les transistors.
Source :
"An Odometer for Silicon Chips": Samuel K. Moore – June 2009 –
https://www.spectrum.ieee.org/semiconductors/devices/an-odometer-for-silicon-chips
Pour en savoir plus, contacts :
[1] Article sur Wikipedia : https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_voltage_scaling
Code brève
ADIT : 59727
Rédacteur :
Arnaud Souillé ([email protected])
