La grille d'un transistor est la partie qui allume et éteint le transistor, en contrôlant le flux d'électrons entre deux autres parties appelées la source et le drain. Dans les puces de la génération dite « 5 nanomètres », chaque grille mesure de 18 à 20 nanomètres de long, une longueur mesurée le long du trajet entre la source et le drain. Un nanomètre est un milliardième de mètre. Ce nom ne correspond pas à une mesure de la grille.

Taille

La longueur d'une grille correspond à l'écart entre la source et le drain d'un transistor, écart au-dessus duquel la grille est placée. Historiquement, une grille plus courte donnait un transistor qui commutait plus vite. Les fabricants de puces ne s'accordent pas sur la façon de nommer leurs générations. L'International Roadmap for Devices and Systems (IRDS), publiée par l'organisation d'ingénierie IEEE, prévoit les dimensions habituelles pour l'ensemble de l'industrie.

L'IRDS recense la génération « 5 nanomètres », en production depuis 2020, avec des grilles de 18 nanomètres de long dans ses circuits les plus rapides et de 20 nanomètres dans ses circuits les plus denses. Les grilles voisines sont espacées de 48 nanomètres. Les transistors sont construits sur de fines ailettes de silicium de 7 nanomètres de large et 50 nanomètres de haut. Aucune de ces dimensions n'est aussi petite que 5 nanomètres.

Les générations suivantes ont des grilles plus courtes. L'IRDS indique 16 à 18 nanomètres pour la génération « 3 nanomètres » de 2022, et 14 nanomètres pour la génération « 2 nanomètres » de 2025. Elle prévoit que la longueur des grilles cessera de diminuer autour de 12 nanomètres.

Comparaisons de taille

Une grille de 18 nanomètres a à peu près la même longueur que la largeur d'un circovirus porcin, l'un des plus petits virus connus en 2026.
Les grilles voisines sont espacées de 48 nanomètres, un peu plus que la largeur d'un virus de l'hépatite B.
Un nanomètre correspond à peine à la largeur de cinq atomes de silicium, si bien qu'une grille de 18 nanomètres en couvre environ 90.
Entre environ 4 000 et 5 600 grilles mises bout à bout couvriraient la largeur d'un cheveu, large de 80 000 à 100 000 nanomètres.
Agrandie dix millions de fois, chaque grille mesurerait de 18 à 20 centimètres de long, et un cheveu humain aurait une largeur de 800 à 1 000 mètres.

Pourquoi les noms des puces ont cessé de correspondre

Jusqu'au milieu des années 1990, le nom d'une génération de puces correspondait à la longueur de sa grille. L'espacement des fils métalliques de la puce, mesuré comme la moitié de la distance entre deux fils consécutifs, donnait à peu près le même nombre. Les fabricants ont ensuite réduit la taille des grilles plus vite que celle du reste, tout en conservant l'ancienne convention de nommage.

Les transistors de la génération « 130 nanomètres » avaient des grilles de 70 nanomètres de long. Lorsqu'Intel est passé aux transistors à ailettes pour sa génération « 22 nanomètres » en 2011, les grilles mesuraient 26 nanomètres de long.

Le numéro de génération « n'avait alors plus aucun sens », a déclaré Paolo Gargini à IEEE Spectrum en 2020. Gargini dirigeait l'International Technology Roadmap for Semiconductors, la prévision qui précédait l'IRDS. L'IRDS met désormais les noms de génération entre guillemets. Elle propose de nommer chaque génération d'après l'espacement de ses grilles et de ses fils, à la place : la génération « 5 nanomètres » deviendrait G48M36.

Les grilles en laboratoire

Des transistors expérimentaux ont été construits avec des grilles bien plus courtes. En 2016, une équipe a fabriqué un transistor en disulfure de molybdène doté d'une grille de 1 nanomètre de long, en utilisant un seul nanotube de carbone comme grille. En 2017, une autre équipe a construit des transistors à nanotubes de carbone avec des grilles de 5 nanomètres, plus performants que des transistors de silicium de même taille. Les chercheurs prévoient que les transistors de silicium cesseront de fonctionner correctement si l'on réduit leurs grilles en dessous de 5 nanomètres.

Sources

International Roadmap for Devices and Systems 2020 Edition: More Moore. IEEE, 2020.
International Roadmap for Devices and Systems 2022 Edition: More Moore. IEEE, 2022.
A Better Way to Measure Progress in Semiconductors. Samuel K. Moore, IEEE Spectrum, 2020.
MoS2 Transistors with 1-Nanometer Gate Lengths. Desai et al., Science, 2016.
Scaling Carbon Nanotube Complementary Transistors to 5-nm Gate Lengths. Qiu et al., Science, 2017.
Conformational Changes and Nuclear Entry of Porcine Circovirus without Disassembly. Wang et al., Journal of Virology, 2019.
Hepatitis B Virus Biology. Seeger and Mason, Microbiology and Molecular Biology Reviews, 2000.
Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.

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