Les nanotechniques pour maîtriser le futur
Accès à la troisième dimension
23.10.2010 | Rédacteur: MSM
Dans de nombreux domaines, et en particulier celui de la micro-électronique appliquée aux systèmes informatiques, l'avenir appartient aux nanotechniques, notamment en raison de la densité toujours plus poussée des circuits électroniques qui entrent dans la conception d'ordinateurs constamment plus compacts et simultanément plus puissants et rapides.
Selon un porte-parole d'IBM, les ordinateurs portables du futur auront les mêmes performances que les super-ordinateurs à processeurs parallèles actuellement opérationnels. Et ce n'est pas de la science-fiction. Les projections d'IBM prévoient en effet pour l'horizon 2015 des super-ordinateurs avec des capacités de 1?Exaflop (Eflop), une performance 100 fois supérieure aux performances déjà stupéfiantes des meilleurs modèles actuellement en développement. Des Teraflops (Tflops) aux Petaflops (Pflops), il n'y a pas eu de saut technique proprement dit. En revanche, pour passer des Petaflops aux Exaflops (Eflops), il est nécessaire de trouver d'autres ressources techniques, du ressort des nanotechniques cette fois-ci, pour la composition de circuits logiques suffisamment denses et rapides. Il s'agit en effet de disposer pour un futur à moyen et long terme, d'une nouvelle génération d'ordinateurs comportant non seulement un système massif de processeurs parallèles, mais ces derniers étroitement couplés et dotés d'un accès fulgurant à l'ensemble des données.
Pour densifier les supports de données, avec de telles masses d'informations numérisées, des solutions de miniaturisation axées sur les nanotechniques sont envisagées. En effet, dans une optique de densification des circuits et de raccourcissement des trajets d'électrons, il s'agit de créer des liaisons verticales permettant d'agir, non pas uniquement sur deux dimensions comme avec les microcircuits actuels, mais de créer des liaisons verticales directes, donc opérer sur la troisième dimension spatiale.
C'est dans ce cadre que les fameux «?nanofils?» constituent une piste prometteuse pour réaliser des jonctions entre plans de circuits superposés (multicouches). Il s'agit donc de liaisons verticales actives entre circuits. Avec un problème triple?: obtenir des structures propres et régulières, parvenir à une implantation précise selon une matrice rigoureuse, obtenir des nanofils optimisés, à structure régulière et homogène. Les échelles deviennent de plus en plus petites?: on pense utiliser, sur des puces d'ordinateurs, des éléments ne se composant finalement plus que d'une seule molécule, donc avec des dimensions de l'ordre de seulement 1,5 nanomètres (nm), agissant en tant qu'interrupteurs de portes logiques. Note?: la molécule est la particule ultime au-dessous de laquelle les propriétés des éléments ne peuvent plus être préservées.
Aux USA, les super-ordinateurs Blue Water d'IBM atteindront 10 Pflops en 2012. Ainsi qu'au Japon, avec une machine qui sera réalisée par Next-Gen (ex Kei-Soku). Il y a même les Français qui planchent sur le sujet. Bull notamment, avec un projet appelé GpuTech Petaflow?: le CNRS est requis en appui de feu, car les enjeux sont importants. Ces programmes sont liés à la recherche appliquée sur les circuits logiques du futur, notamment des solutions multicouches, faisant appel aux nanotechniques.
C'est dans cet esprit d'ailleurs qu'IBM a décidé, non seulement d'intensifier la recherche dans ce domaine en particulier dans son centre de recherche de Rüschlikon (le plus important d'Europe), mais a investi une somme de 90 millions de dollars dans la réalisation, sur le site actuel, d'un centre de recherche appelé tout simplement «?Nanotech?». La construction est en cours, il s'agit d'un projet commun entre IBM et l'EPFZ (Ecole Polytechnique fédérale de Zürich). Aussi bien IBM que l'EPFZ tireront avantage de cette collaboration?: pour l'EPFL, ce centre de recherche constituera un formidable appui à la recherche appliquée dans le domaine de la nano-électronique, et pour IBM, la proximité de la pépinière de chercheurs et d'ingénieurs que constitue l'EPFZ apportera un flot de «?matière grise?». IBM Rüschlikon a déjà produit deux Prix Nobel de physique?: un troisième est peut-être déjà en voie de gestation.
En dernier ressort, on peut se demander si de telles performances en calcul et compilation sont réellement utiles et nécessaires. Existe-t-il des domaines d'applications pour de telles prouesses de stockage, de transmission et de traitement des données??
Pour fournir un élément de réponse à cette question, il suffit de penser à certaines applications qui nécessitent le traitement quasi instantané de données massives. Il suffit par exemple de songer aux données biométriques relatives à la sécurité. La tâche?: en quelques secondes, passer toutes les données biométriques disponibles dans le monde pour les comparer à un échantillon lors d'un contrôle de sécurité. Ou encore, dans le domaine du génie génétique?: il suffit de penser à la complexité du fabuleux Projet Génome Humain (PGH). Egalement la modélisation dynamique en temps réel de systèmes complexes, en particulier dans le secteur de la mécanique des fluides, ou encore les applications spatiales et médicales, par exemple la modélisation totale et en temps réel du corps humain et de son fonctionnement, jusque dans les plus petits détails... Les possibilités d'applications sont infinies et actuellement leur seule limite est constituée par la relative lenteur des systèmes informatiques actuels même les plus performants.
Alors à la question?: «?Est-ce vraiment nécessaire et utile?? La réponse peut différer en fonction des opinions. Le débat débarque sur le terrain politique, notamment en relation avec la protection de la sphère privée. Alors que les politiciens débattent de questions éthiques relatives à la manipulation des données, les ingénieurs et les physiciens imaginent et développent les outils du futur dans le domaine du traitement rapide et massif de ces mêmes données. De toute façon, quelles que soient la rapidité et les performances atteintes par les gros systèmes informatiques du futur, l'être humain sera toujours irremplaçable, avec ses possibilités d'imagination et de fantaisie créatrice, ce que jamais aucune machine au monde, si perfectionnée soit-elle, ne parviendra à produire: tout au plus à simuler, et ceci de façon généralement maladroite. Et ne pas oublier également que même le meilleur ordinateur au monde ne peut traiter que des données avec des programmes qu'on lui fournit. Là, de nouveau, le facteur humain se révèle déterminant.
Auteur
Edouard Huguelet
Rédacteur MSM
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Centre de Recherches IBM
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Tél .044 724 81 11
Fax 044 724 89 11
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Le Laboratoire de recherche IBM de Zürich (ZRL)
Megaflops, Gigaflops, Teraflops, Petaflops et Exaflops
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