Gravure (CPU / GPU, SoC)

La finesse de gravure détermine la taille du microprocesseur, ici un Intel Ivy Bridge (Crédit Intel) La finesse de gravure d’un microprocesseur représente les dimensions de son composant principal, le transistor, l’élément clef des CPU actuels. Cette taille est déclinée en nanomètres (nm) ce paramètre étant déterminant, car, à architecture égale, plus une surface contient de transistors, plus le microprocesseur est performant ! Une meilleure finesse de gravure permet aussi une réduction de la tension électrique, donc de la chaleur émise par le microprocesseur, ce qui est vital pour les ordinateurs portables, les smartphones et autres montres connectées. Ce facteur influe aussi sur la fréquence maximale atteignable sans surchauffe, ce qui améliore d’autant les performances. Enfin, sur une surface donnée de silicium, plus les microprocesseurs sont petits, moins ils utilisent de matière première, ce qui les rend plus avantageux à produire ! Au vu de ce qui précède, on comprend mieux pourquoi la course à la finesse de gravure est si importante, la voici résumée en quelques dates : 1971, Intel commercialise le premier microprocesseur, l’Intel 4004 : la finesse de gravure avoisinait les 10.000 nm pour 2300 transistors et sa fréquence ne dépassait pas 108 kHz ! 2001, le Pentium 4 affiche fièrement une finesse de gravure de 180 nm et 42.000 transistors pour un seul coeur avec une fréquence qui débute à 1300 MHz, ou 1,3 GHz… 2021, l’un des derniers microprocesseurs d’AMD, le Ryzen 3900x architecture Zen2 est gravé en 7 nm, et ne comporte pas moins de 9,6 milliards de transistors répartis sur 12 coeurs cadencés au maximum à 4.8 GHz !

En observant cette évolution, qui fut longtemps représentée par la fameuse Loi_de_Moore, il apparait que la finesse de gravure (avec l’architecture des composants) est un élément décisif dans toutes les évolutions informatiques, du passé comme du futur, du moins tant que l’industrie n’aura pas changé de paradigme… Actuellement, le procédé utilisé pour obtenir une telle finesse se nomme photolithographie : en fort résumé, cela consiste à « brûler » avec de la lumière, un vernis photosensible pour y imprimer, par dépôts de couches successives de différentes matières, les transistors et leurs circuits, le tout à une échelle invisible à l’oeil nu ! À noter que les machines gravant un microprocesseur à une échelle de quelques nanomètres sont des monstres de technicité, et que les rares constructeurs qui les conçoivent sont régulièrement dépassés par la forte demande des marchés, provoquant une situation de pénurie, notamment quand les effets de la pandémie de Covid19 se conjuguent avec l’essor des cryptomonnaies ! En résumé, les investissements pour graver toujours plus fin sont tels que les entreprises conceptrices de microprocesseurs ne sont plus qu’une poignée : le leader historique Intel est férocement concurrencé par AMD et par ARM, qui le talonnent de près, voire le devancent dans certains cas, mais le géant de Santa Clara dispose de ses propres fonderies là où ses concurrents sous-traitent à des firmes comme Samsung ou TSMC…