Puce de laboratoire : des ordinateurs jusqu'à 1 000 fois plus rapides

Dans un laboratoire de l'Université du Michigan, Avery-Ryan Ansbro, doctorant, prépare du fer-gallium, un alliage, à l'aide d'une technique appelée dépôt par laser pulsé. La couche mince qu'il fabrique est l'un des éléments de M3BOLT, une puce dévoilée par des chercheurs de l'Université du Michigan (U-M) et de l'Université du Wisconsin–Madison. L'équipe estime qu'elle pourrait rendre les ordinateurs 100 à 1 000 fois plus rapides.

Le problème vient du transistor. Un processeur en contient des milliards, qui s'allument et s'éteignent pour traiter les données, et les fabricants ont passé des décennies à les miniaturiser pour gagner en vitesse et économiser de l'énergie. Mais plus ils deviennent petits, moins ils sont efficaces : les électrons les traversent même lorsqu'ils sont éteints, ce qui gaspille de l'énergie. L'équipe estime que les transistors classiques pourraient atteindre leurs limites théoriques d'efficacité énergétique d'ici 2037.

M3BOLT se passe d'interrupteur. Ses concepteurs associent un cristal ferroélectrique, le niobate de magnésium-plomb et titanate de plomb (PMN-PT), à une fine couche d'alliage fer-gallium magnétique. Lorsqu'un champ électrique est appliqué, le cristal modifie son orientation électrique interne, ce qui altère les propriétés magnétiques de la couche fer-gallium. Il en résulte des magnons, des ondes qui traversent le matériau avec très peu de résistance et perdent donc moins d'énergie sous forme de chaleur. Ces ondes pourraient atteindre des fréquences de l'ordre du térahertz, contre le gigahertz des processeurs grand public actuels, ce qui explique que l'équipe affirme que les ordinateurs pourraient traiter l'information des centaines de fois plus vite.

Le dispositif pourrait aussi stocker des données. Les chercheurs modifieraient l'orientation magnétique de la couche fer-gallium, de sorte que deux états magnétiques serviraient de 1 et de 0, au lieu des deux niveaux de tension des transistors actuels. Cette orientation demeure après la coupure de l'alimentation : le même matériau pourrait donc traiter l'information et la conserver sans alimentation continue. Il ne s'agit toujours que de projections : les chiffres de 100 à 1 000 fois sont des estimations de l'équipe. Le groupe de l'Université du Wisconsin–Madison utilisera des simulations informatiques pour étudier les performances et repérer d'éventuels défauts dans les matériaux, tandis que l'U-M poursuit le développement des matériaux, des composants et des circuits nécessaires pour faire fonctionner la technologie dans de vrais ordinateurs.

Pour l'instant, l'équipe se concentre sur les dispositifs basse consommation, a déclaré Wei Lu, professeur d'ingénierie à l'U-M. Un communiqué de l'équipe avance que des appareils autonomes ou mobiles pourraient embarquer de meilleurs calculateurs sans alimentations énormes. L'ambition à plus long terme est plus vaste : « Imaginez qu'un jour nous puissions construire des supercalculateurs avec ces puces », a déclaré Lu. « Vous n'auriez peut-être pas besoin d'une centrale nucléaire pour faire tourner un grand centre de données. » L'équipe ne donne aucune date pour l'une de ces perspectives.