MICROÉLECTRONIQUE

L'essor de la microélectronique

La microélectronique a progressé de plus de cent millions de fois depuis ses origines, vers la fin des années 1960, jusqu'au milieu des années 2000 (fig. 2) grâce à la conjonction de quatre facteurs.

Le premier facteur, le plus connu, est l'intégration de plus en plus élevée, grâce à la miniaturisation, de circuits « actifs » sur un même support, la puce de silicium (un morceau de plaquette de silicium de dimensions typiques 10 mm × 10 mm × 0,4 mm). Limité à un transistor, quatre résistances et un condensateur en 1958, et à quelques transistors et résistances vers le milieu des années 1960, un circuit intégré comprend aujourd'hui entre 100 millions (pour le microprocesseur, le cœur des ordinateurs) et un milliard de transistors (pour les mémoires les plus courantes, dites dynamiques ou DRAM – dynamic random access memory –, contenant un milliard de bits d'information – 1 gigabit –, soit 100 000 pages de texte). Quelques dizaines de ces circuits sont fabriqués en parallèle sur une même plaquette de silicium. Au niveau du laboratoire, les performances pour les mémoires atteignent les 4 gigabits. La progression de cent millions et plus pour ce facteur a été rendue possible par les techniques de miniaturisation de plus en plus poussées. L'essor de la microélectronique est décrit par la loi de Moore (fig. 3), loi empirique énoncée dès 1965 selon laquelle la densité de composants sur une puce doublerait tous les ans (en fait, depuis 1980, tous les dix-huit mois, soit un facteur 4 entre les générations de puces successives, tous les trois ans).

Le deuxième facteur de progrès est la réduction du coût d'une fonction élémentaire, dans les mêmes proportions. En 1960, le transistor coûtait un à deux dollars. Aujourd'hui le prix d'un grand circuit « simple » à maturité (par exemple, la mémoire 128 mégabits), comprenant 150 millions de transistors, est de l'ordre de deux dollars (courants, non corrigés de l'inflation), ce qui permet d'utiliser aussi facilement (du point de vue du coût) ces circuits à cent millions de transistors que les transistors discrets. Ainsi s'explique la formidable pénétration des circuits intégrés dans tous les domaines d'activités : leur coût, à performance constante, diminue sans cesse, d'environ 30 p. 100 par an.

Le troisième facteur est le rendement de fabrication. Celui-ci a dû être augmenté de cent millions de fois par transistor afin d'arriver à un rendement de fabrication du circuit complet égal à celui qui était obtenu lorsque les transistors étaient produits un par un en 1960.

Le dernier facteur concerne la fiabilité qui, elle aussi, doit être augmentée de cent millions de fois pour pouvoir utiliser les circuits sans qu'ils aient plus de pannes que les transistors discrets. Plus précisément, l'erreur n'est pas tolérée dans les circuits effectuant des calculs, c'est-à-dire les microprocesseurs ; en revanche, pour les circuits de mémoires, les quelques éléments défectueux peuvent être neutralisés en prévoyant dès le départ, dans l'architecture de la puce, une certaine redondance des éléments.