Les puces électroniques du futur s'auto-assembleront
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0:01 - 0:05Avant, les ordinateurs prenaient
la taille d'une pièce entière. -
0:05 - 0:06À présent, ils rentrent dans votre poche
-
0:06 - 0:08ou sur votre poignet.
-
0:08 - 0:11Ils peuvent même être
implantés à l'intérieur de votre corps. -
0:11 - 0:12Ce n'est pas génial ?
-
0:13 - 0:17Et c'est possible grâce à
la miniaturisation des transistors, -
0:17 - 0:19c'est-à-dire les petits interrupteurs
-
0:19 - 0:21dans les circuits
au cœur de nos ordinateurs. -
0:22 - 0:25On y est arrivé grâce à des
décennies de développement, -
0:25 - 0:28de découvertes scientifiques
et d'ingénierie, -
0:28 - 0:31et aussi grâce à des
milliards de dollars d'investissement. -
0:31 - 0:34Cela nous a donné
une vaste quantité d'informatisation, -
0:34 - 0:36beaucoup de mémoire,
-
0:36 - 0:41et la révolution numérique que
nous vivons et apprécions actuellement. -
0:42 - 0:44Mais la mauvaise nouvelle est
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0:44 - 0:47qu'on arrive dans une impasse numérique
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0:48 - 0:52car la vitesse de miniaturisation
des transistors ralentit. -
0:52 - 0:56Et ça se produit précisément au moment où
-
0:56 - 0:59nos innovations en matière de logiciels
sont en croissance constante -
0:59 - 1:03avec notamment l'intelligence
artificielle et le big data -
1:03 - 1:06et où nos appareils savent faire
une identification faciale, -
1:06 - 1:08augmentent notre réalité
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1:08 - 1:12ou conduisent même des voitures
sur des routes dangereuses et chaotiques. -
1:13 - 1:14C'est incroyable.
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1:15 - 1:19Mais, si on ne suit pas le rythme
de progression de nos logiciels, -
1:19 - 1:23on pourrait arriver à un point
dans notre développement technologique -
1:23 - 1:27où les choses qu'on pourrait faire
avec les logiciels seraient limitées -
1:27 - 1:29par le matériel.
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1:29 - 1:34Nous avons tous vécu la frustration
d'un vieux smartphone ou une tablette -
1:34 - 1:37qui s’épuise lentement
jusqu’à s'arrêter de fonctionner -
1:37 - 1:41sous le poids toujours croissant des
mises à jour et nouvelles fonctionnalités. -
1:41 - 1:44Malgré ça, il marchait bien quand vous
l'avez acheté, il n'y pas si longtemps. -
1:44 - 1:49Mais les développeurs avides ont
consommé toutes les capacités matérielles -
1:49 - 1:50au fil du temps.
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1:52 - 1:55L'industrie des semi-conducteurs
en est parfaitement consciente -
1:56 - 1:59et travaille sur toutes
les solutions possibles, -
1:59 - 2:04comme passer des transistors
à l'informatique quantique, -
2:04 - 2:08ou même utiliser des transistors
avec des architectures différentes -
2:08 - 2:10comme les réseaux neuronaux
-
2:10 - 2:13afin de créer des circuits
plus robustes et plus efficaces. -
2:13 - 2:17Toutefois, ces approches
vont prendre du temps, -
2:17 - 2:21et nous cherchons une solution
bien plus rapide à ce problème. -
2:23 - 2:27La raison pour laquelle la miniaturisation
des transistors ralentit -
2:28 - 2:32est la complexité toujours croissante
du processus de fabrication. -
2:33 - 2:36Autrefois, le transistor était un appareil
gros et volumineux, -
2:36 - 2:40jusqu'à l'invention du circuit intégré,
-
2:40 - 2:43qui repose sur l'utilisation de tranches
de silicium cristallin pur. -
2:43 - 2:46Et après 50 ans de développement constant,
-
2:46 - 2:49on peut enfin fabriquer
des transistors dont les dimensions -
2:49 - 2:52sont réduites à 10 nanomètres.
-
2:52 - 2:55On peut mettre plus
d'un milliard de transistors -
2:55 - 2:58dans un seul millimètre carré de silicium.
-
2:58 - 3:00À titre de comparaison :
-
3:00 - 3:04un cheveu humain
a une largeur de 100 microns. -
3:04 - 3:07Un globule rouge,
qui est pratiquement invisible, -
3:07 - 3:08fait 8 microns de largeur,
-
3:08 - 3:12et on peut en placer 12
sur la largeur d'un cheveu humain. -
3:12 - 3:16Mais, en comparaison,
un transistor est beaucoup plus petit, -
3:16 - 3:19sa taille est une minuscule fraction
de la largeur d'un micron. -
3:19 - 3:23On pourrait mettre plus de 260 transistors
-
3:23 - 3:25sur un seul globule rouge
-
3:25 - 3:29ou plus de 3 000 sur la largeur
d'un cheveu humain. -
3:29 - 3:34Actuellement, il y a une nanotechnologie
incroyable dans votre poche. -
3:35 - 3:37Et en plus de l'avantage évident
-
3:37 - 3:41de pouvoir placer un nombre énorme
de transistors plus petits sur une puce, -
3:42 - 3:45ces petits transistors sont
des interrupteurs plus rapides -
3:46 - 3:50et ils sont aussi plus performants.
-
3:51 - 3:53Ainsi cette combinaison nous a donné
-
3:53 - 3:55des prix réduits,
de meilleures performances -
3:55 - 3:58et une efficacité électronique plus grande
-
3:58 - 3:59dont nous bénéficions tous aujourd'hui.
-
4:02 - 4:05Pour fabriquer ces circuits intégrés,
-
4:05 - 4:08les transistors sont construits
couche après couche, -
4:08 - 4:11sur une tranche de
silicium monocristallin pur. -
4:11 - 4:14Et, pour le dire simplement,
-
4:14 - 4:18chaque petite caractéristique
du circuit est implantée -
4:18 - 4:20sur la surface de la tranche de silicium
-
4:20 - 4:24et est enregistrée sur une couche
de produit photosensible -
4:24 - 4:27et sera ensuite gravée
grâce à ce même produit -
4:27 - 4:30afin de laisser une trace
sur la couche sous-jacente. -
4:31 - 4:35Ce processus a été radicalement amélioré
au cours de ces dernières années, -
4:35 - 4:38pour apporter à l'électronique
le rendement qu'on a aujourd'hui. -
4:38 - 4:42Mais au fur et à mesure que
les composants du transistor diminuent, -
4:42 - 4:45on s'approche vraiment
des limites physiques -
4:45 - 4:47de cette technique de fabrication.
-
4:48 - 4:52Récemment, les appareils employés
pour ce processus de fabrication -
4:52 - 4:55sont devenus tellement
complexes qu'ils coûtent -
4:55 - 4:59plus de 100 millions de dollars chacun.
-
4:59 - 5:03Et les usines de semi-conducteurs
possèdent des dizaines de ces appareils. -
5:03 - 5:05La question qui se pose est :
-
5:05 - 5:07cette approche est-elle
soutenable à long terme ? -
5:08 - 5:12On pense pouvoir fabriquer des puces
-
5:12 - 5:16d'une façon complètement différente
et plus rentable -
5:17 - 5:21en utilisant l'ingénierie moléculaire
et en imitant la nature -
5:21 - 5:24à l'échelle nanométrique
de nos transistors. -
5:25 - 5:28Comme je l'ai dit,
lors de la fabrication typique, -
5:28 - 5:32chaque petite caractéristique du circuit
est projetée sur le silicium. -
5:33 - 5:35Mais si on regarde
la structure d'un circuit intégré, -
5:35 - 5:37la matrice du transistor,
-
5:38 - 5:41beaucoup de ces caractéristiques
se répètent des millions de fois. -
5:41 - 5:44C'est une structure
essentiellement périodique. -
5:44 - 5:47Donc nous voulons exploiter
cette périodicité -
5:47 - 5:50pour notre technique
alternative de production. -
5:50 - 5:53On veut utiliser des matériaux
qui s'auto-assemblent -
5:54 - 5:57pour construire de façon naturelle
les structures périodiques -
5:57 - 5:59nécessaires à nos transistors.
-
6:00 - 6:02On fait ça avec les matériaux,
-
6:02 - 6:06puis ils créent eux-mêmes
les schémas précis -
6:06 - 6:11au lieu de pousser la technologie
de projection au-delà de ses limites. -
6:12 - 6:16L'auto-assemblage se retrouve
dans la nature, en différents endroits, -
6:16 - 6:19dans les membranes lipidiques
ou la structure cellulaire, -
6:19 - 6:22donc on sait qu'il s'agit
d'une solution viable. -
6:22 - 6:26Si c'est assez bien pour la nature,
ça devrait aussi l'être pour nous. -
6:27 - 6:31Donc nous voulons utiliser
cet auto-assemblage robuste et naturel -
6:31 - 6:35et nous en servir pour la fabrication
de notre technologie de semi-conducteurs. -
6:37 - 6:40Un de ces matériaux auto-assemblant,
-
6:40 - 6:44le copolymère à blocs,
se compose de deux chaînes polymères -
6:44 - 6:47de quelques dizaines de nanomètres
de longueur. -
6:47 - 6:50Mais ces chaînes se détestent.
-
6:50 - 6:51Elles se repoussent,
-
6:51 - 6:55comme l'eau et l'huile ou
mon fils adolescent et sa sœur. -
6:55 - 6:56(Rires)
-
6:56 - 6:59Mais, d'une façon cruelle,
on les relie entre elles, -
6:59 - 7:02créant ainsi une frustration
intrinsèque au système, -
7:02 - 7:04alors qu'elles cherchent à se séparer.
-
7:05 - 7:08Dans cette matière première,
il y a des milliards de ces chaînes -
7:08 - 7:11et les chaînes similaires
essaient de rester ensemble. -
7:11 - 7:14Par contre, celles qui s'opposent
cherchent à se séparer -
7:14 - 7:15et ce en même temps.
-
7:15 - 7:19Cela provoque une frustration interne,
une tension dans le système. -
7:19 - 7:23Et donc elles se déplacent et se
tortillent jusqu'à qu'une forme se crée. -
7:24 - 7:28La forme naturelle auto-assemblée qui
se constitue est à l'échelle nanométrique -
7:28 - 7:32régulière, périodique et à long terme,
-
7:32 - 7:36et c'est précisément ce dont on a besoin
pour nos matrices de transistors. -
7:37 - 7:40Ainsi on peut utiliser
l'ingénierie moléculaire -
7:40 - 7:43pour élaborer des formes diverses
de tailles différentes -
7:43 - 7:45et de périodicités différentes.
-
7:45 - 7:48Ainsi, par exemple, si on prend
une molécule symétrique -
7:48 - 7:51où les deux chaînes de polymères
ont la même longueur, -
7:51 - 7:54la structure auto-assemblée
qui se constitue naturellement -
7:54 - 7:57sera une longue ligne sinueuse,
-
7:57 - 7:58semblable à une empreinte digitale.
-
7:59 - 8:01La largeur des lignes
de cette empreinte digitale -
8:01 - 8:03et la distance entre ces lignes
-
8:03 - 8:07sont déterminées par la longueur
des chaînes de polymères -
8:07 - 8:11mais aussi par le niveau de frustration
interne du système. -
8:11 - 8:14On peut même créer
des structures plus élaborées, -
8:15 - 8:18si on emploie des molécules asymétriques,
-
8:19 - 8:23où une chaîne de polymères est
bien plus courte que l'autre. -
8:24 - 8:26La structure auto-assemblée
qui se forme dans ce cas -
8:26 - 8:30constitue une boule resserrée,
avec les petites chaînes au milieu, -
8:30 - 8:34entourée par les chaînes de polymères
opposées, plus longues, -
8:34 - 8:36constituant ainsi un cylindre naturel.
-
8:37 - 8:39Et la taille du cylindre,
-
8:39 - 8:43et la distance entre les cylindres,
la périodicité, -
8:43 - 8:46sont à nouveau déterminées
par la longueur des chaînes -
8:46 - 8:49et par le niveau de frustration interne.
-
8:50 - 8:54Autrement dit, on utilise
l'ingénierie moléculaire -
8:54 - 8:57pour auto-assembler
des structures nanométriques -
8:57 - 9:02en forme de lignes ou de cylindres selon
la taille et périodicité de notre design. -
9:02 - 9:06On utilise la chimie,
l'ingénierie chimique, -
9:06 - 9:10pour fabriquer les nano-éléments
nécessaires pour nos transistors. -
9:14 - 9:18Cependant, la capacité
d'auto-assemblage de ces structures -
9:18 - 9:20ne règle qu'à moitié le problème
-
9:20 - 9:23parce qu'on a encore besoin
de positionner ces structures -
9:23 - 9:27là où on veut les transistors
dans le circuit intégré. -
9:27 - 9:30Mais cela peut se faire assez facilement
-
9:30 - 9:37à l'aide de larges structures guides qui
fixent les structures auto-assemblées, -
9:37 - 9:39les maintiennent en place,
-
9:39 - 9:42et forcent le reste des
structures auto-assemblées -
9:42 - 9:43à se placer parallèlement
-
9:43 - 9:46et à s'aligner sur notre structure guide.
-
9:47 - 9:51Par exemple, si on veut former
une fine ligne de 40 nanomètres, -
9:51 - 9:55si difficile à faire avec les technologies
de projection traditionnelles, -
9:56 - 10:01on peut fabriquer
une structure guide de 120 nanomètres -
10:01 - 10:04avec la technologie
de projection classique, -
10:04 - 10:10et cette structure alignera trois lignes
de 40 nanomètres dans l'intervalle. -
10:10 - 10:14Donc, ce sont les matériaux qui font
le travail le plus difficile. -
10:16 - 10:20On peut appeler cette approche
« auto-assemblage dirigé ». -
10:22 - 10:24Le défi de l'auto-assemblage dirigé
-
10:24 - 10:29est que tout le système
doit s'aligner presque parfaitement -
10:29 - 10:34car un seul petit défaut dans la structure
pourrait faire échouer le transistor. -
10:34 - 10:37Et comme il y a des milliards
de transistors dans notre circuit, -
10:37 - 10:40on a besoin d'un système
aussi parfait qu'un système moléculaire. -
10:41 - 10:43Mais nous faisons des efforts incroyables
-
10:43 - 10:44pour y parvenir,
-
10:44 - 10:47que ce soit la propreté de notre chimie
-
10:47 - 10:50ou le traitement minutieux
de ces matériaux -
10:50 - 10:51dans les usines de semi-conducteurs
-
10:51 - 10:56afin d'éliminer
le moindre défaut nanoscopique. -
10:57 - 11:03Donc l'auto-assemblage dirigé est une
rupture technologique prometteuse -
11:03 - 11:05mais encore en développement.
-
11:06 - 11:10Toutefois on est de plus en plus convaincu
qu'on pourrait en fait l'introduire -
11:10 - 11:11dans les usines de semi-conducteurs
-
11:11 - 11:14comme un procédé de fabrication
neuf et révolutionnaire -
11:14 - 11:16dans les prochaines années.
-
11:17 - 11:20Si on arrive à faire ça, si on réussit,
-
11:20 - 11:22on pourra continuer
-
11:22 - 11:25avec une miniaturisation rentable
des transistors, -
11:25 - 11:29avec l'incroyable
développement informatique -
11:29 - 11:31et avec la révolution digitale.
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11:31 - 11:34En outre, cela pourrait représenter
l'aube d'une nouvelle ère -
11:34 - 11:36en termes de fabrication moléculaire.
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11:36 - 11:38Ce n'est pas génial ?
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11:39 - 11:40Merci.
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11:40 - 11:44(Applaudissements)
- Title:
- Les puces électroniques du futur s'auto-assembleront
- Speaker:
- Karl Skjonnemand
- Description:
-
Les transistors qui font marcher vos portables dans vos poches sont incroyablement petits : on peut en insérer plus de 3 000 sur la largeur d'un cheveu humain. Cependant, pour suivre les innovations telles que la reconnaissance faciale et la réalité augmentée, on doit employer encore plus de capacité informatique pour les puces de nos ordinateurs - et on n'a presque plus d'espace. Dans ce discours visionnaire, Karl Skjonnemand, développeur technologique, introduit une manière radicale et nouvelle de créer des puces. « Cela pourrait représenter l'aube d'une nouvelle ère pour la fabrication moléculaire,» affirme Skjonnemand.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 11:57
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Calixta Grigoriou edited French subtitles for The self-assembling computer chips of the future | ||
Calixta Grigoriou edited French subtitles for The self-assembling computer chips of the future | ||
Calixta Grigoriou edited French subtitles for The self-assembling computer chips of the future |