The self-assembling computer chips of the future | Karl Skjonnemand

Traducteur: Calixta Grigoriou Relecteur: eric vautier

Computers used to be as big as a room.

Avant, les ordinateurs prenaient la taille d'une pièce entière.

But now they fit in your pocket,

À présent, ils rentrent dans votre poche

on your wrist

ou sur votre poignet.

and can even be implanted inside of your body.

Ils peuvent même être implantés à l'intérieur de votre corps.

How cool is that?

Ce n'est pas génial ?

And this has been enabled by the miniaturization of transistors,

Et c'est possible grâce à la miniaturisation des transistors,

which are the tiny switches in the circuits

c'est-à-dire les petits interrupteurs

at the heart of our computers.

dans les circuits au cœur de nos ordinateurs.

And it's been achieved through decades of development

On y est arrivé grâce à des décennies de développement,

and breakthroughs in science and engineering

de découvertes scientifiques et d'ingénierie,

et aussi grâce à des milliards de dollars d'investissement.

and of billions of dollars of investment.

But it's given us vast amounts of computing,

Cela nous a donné une vaste quantité d'informatisation,

huge amounts of memory

beaucoup de mémoire,

and the digital revolution that we all experience and enjoy today.

et la révolution numérique que nous vivons et apprécions actuellement.

But the bad news is,

Mais la mauvaise nouvelle est

we're about to hit a digital roadblock,

qu'on arrive dans une impasse numérique

as the rate of miniaturization of transistors is slowing down.

car la vitesse de miniaturisation des transistors ralentit.

And this is happening at exactly the same time

Et ça se produit précisément au moment où

as our innovation in software is continuing relentlessly

nos innovations en matière de logiciels sont en croissance constante

with artificial intelligence and big data.

avec notamment l'intelligence artificielle et le big data

And our devices regularly perform facial recognition or augment our reality

et où nos appareils savent faire une identification faciale,

augmentent notre réalité

or even drive cars down our treacherous, chaotic roads.

ou conduisent même des voitures sur des routes dangereuses et chaotiques.

It's amazing.

C'est incroyable.

But if we don't keep up with the appetite of our software,

Mais, si on ne suit pas le rythme de progression de nos logiciels,

we could reach a point in the development of our technology

on pourrait arriver à un point dans notre développement technologique

where the things that we could do with software could, in fact, be limited

où les choses qu'on pourrait faire avec les logiciels seraient limitées

by our hardware.

par le matériel.

We've all experienced the frustration of an old smartphone or tablet

Nous avons tous vécu la frustration d'un vieux smartphone ou une tablette

grinding slowly to a halt over time

qui s’épuise lentement jusqu’à s'arrêter de fonctionner

under the ever-increasing weight of software updates and new features.

sous le poids toujours croissant des mises à jour et nouvelles fonctionnalités.

And it worked just fine when we bought it not so long ago.

Malgré ça, il marchait bien quand vous l'avez acheté, il n'y pas si longtemps.

But the hungry software engineers have eaten up all the hardware capacity

Mais les développeurs avides ont consommé toutes les capacités matérielles

over time.

au fil du temps.

The semiconductor industry is very well aware of this

L'industrie des semi-conducteurs en est parfaitement consciente

and is working on all sorts of creative solutions,

et travaille sur toutes les solutions possibles,

such as going beyond transistors to quantum computing

comme passer des transistors à l'informatique quantique,

or even working with transistors in alternative architectures

ou même utiliser des transistors avec des architectures différentes

such as neural networks

comme les réseaux neuronaux

to make more robust and efficient circuits.

afin de créer des circuits plus robustes et plus efficaces.

But these approaches will take quite some time,

Toutefois, ces approches vont prendre du temps,

and we're really looking for a much more immediate solution to this problem.

et nous cherchons une solution bien plus rapide à ce problème.

The reason why the rate of miniaturization of transistors is slowing down

La raison pour laquelle la miniaturisation des transistors ralentit

is due to the ever-increasing complexity of the manufacturing process.

est la complexité toujours croissante du processus de fabrication.

The transistor used to be a big, bulky device,

Autrefois, le transistor était un appareil gros et volumineux,

until the invent of the integrated circuit

jusqu'à l'invention du circuit intégré,

based on pure crystalline silicon wafers.

qui repose sur l'utilisation de tranches de silicium cristallin pur.

And after 50 years of continuous development,

Et après 50 ans de développement constant,

we can now achieve transistor features dimensions

on peut enfin fabriquer des transistors dont les dimensions

down to 10 nanometers.

sont réduites à 10 nanomètres.

You can fit more than a billion transistors

On peut mettre plus d'un milliard de transistors

in a single square millimeter of silicon.

dans un seul millimètre carré de silicium.

And to put this into perspective:

À titre de comparaison :

a human hair is 100 microns across.

un cheveu humain a une largeur de 100 microns.

A red blood cell, which is essentially invisible,

Un globule rouge, qui est pratiquement invisible,

is eight microns across,

fait 8 microns de largeur,

and you can place 12 across the width of a human hair.

et on peut en placer 12 sur la largeur d'un cheveu humain.

But a transistor, in comparison, is much smaller,

Mais, en comparaison, un transistor est beaucoup plus petit,

at a tiny fraction of a micron across.

sa taille est une minuscule fraction de la largeur d'un micron.

You could place more than 260 transistors

On pourrait mettre plus de 260 transistors

across a single red blood cell

sur un seul globule rouge

or more than 3,000 across the width of a human hair.

ou plus de 3 000 sur la largeur d'un cheveu humain.

It really is incredible nanotechnology in your pocket right now.

Actuellement, il y a une nanotechnologie incroyable dans votre poche.

And besides the obvious benefit

Et en plus de l'avantage évident

of being able to place more, smaller transistors on a chip,

de pouvoir placer un nombre énorme de transistors plus petits sur une puce,

smaller transistors are faster switches,

ces petits transistors sont des interrupteurs plus rapides

and smaller transistors are also more efficient switches.

et ils sont aussi plus performants.

So this combination has given us

Ainsi cette combinaison nous a donné

lower cost, higher performance and higher efficiency electronics

des prix réduits, de meilleures performances

et une efficacité électronique plus grande

that we all enjoy today.

dont nous bénéficions tous aujourd'hui.

To manufacture these integrated circuits,

Pour fabriquer ces circuits intégrés,

the transistors are built up layer by layer,

les transistors sont construits couche après couche,

on a pure crystalline silicon wafer.

sur une tranche de silicium monocristallin pur.

And in an oversimplified sense,

Et, pour le dire simplement,

every tiny feature of the circuit is projected

chaque petite caractéristique du circuit est implantée

onto the surface of the silicon wafer

sur la surface de la tranche de silicium

and recorded in a light-sensitive material

et est enregistrée sur une couche de produit photosensible

and then etched through the light-sensitive material

et sera ensuite gravée grâce à ce même produit

to leave the pattern in the underlying layers.

afin de laisser une trace sur la couche sous-jacente.

And this process has been dramatically improved over the years

Ce processus a été radicalement amélioré au cours de ces dernières années,

to give the electronics performance we have today.

pour apporter à l'électronique le rendement qu'on a aujourd'hui.

But as the transistor features get smaller and smaller,

Mais au fur et à mesure que les composants du transistor diminuent,

we're really approaching the physical limitations

on s'approche vraiment des limites physiques

of this manufacturing technique.

de cette technique de fabrication.

The latest systems for doing this patterning

Récemment, les appareils employés pour ce processus de fabrication

have become so complex

sont devenus tellement complexes qu'ils coûtent

that they reportedly cost more than 100 million dollars each.

plus de 100 millions de dollars chacun.

And semiconductor factories contain dozens of these machines.

Et les usines de semi-conducteurs possèdent des dizaines de ces appareils.

So people are seriously questioning: Is this approach long-term viable?

La question qui se pose est :

cette approche est-elle soutenable à long terme ?

But we believe we can do this chip manufacturing

On pense pouvoir fabriquer des puces

in a totally different and much more cost-effective way

d'une façon complètement différente et plus rentable

using molecular engineering and mimicking nature

en utilisant l'ingénierie moléculaire et en imitant la nature

down at the nanoscale dimensions of our transistors.

à l'échelle nanométrique de nos transistors.

As I said, the conventional manufacturing takes every tiny feature of the circuit

Comme je l'ai dit, lors de la fabrication typique,

chaque petite caractéristique du circuit est projetée sur le silicium.

and projects it onto the silicon.

But if you look at the structure of an integrated circuit,

Mais si on regarde la structure d'un circuit intégré,

the transistor arrays,

la matrice du transistor,

many of the features are repeated millions of times.

beaucoup de ces caractéristiques se répètent des millions de fois.

It's a highly periodic structure.

C'est une structure essentiellement périodique.

So we want to take advantage of this periodicity

Donc nous voulons exploiter cette périodicité

in our alternative manufacturing technique.

pour notre technique alternative de production.

We want to use self-assembling materials

On veut utiliser des matériaux qui s'auto-assemblent

to naturally form the periodic structures

pour construire de façon naturelle les structures périodiques

that we need for our transistors.

nécessaires à nos transistors.

We do this with the materials,

On fait ça avec les matériaux,

then the materials do the hard work of the fine patterning,

puis ils créent eux-mêmes les schémas précis

rather than pushing the projection technology to its limits and beyond.

au lieu de pousser la technologie de projection au-delà de ses limites.

Self-assembly is seen in nature in many different places,

L'auto-assemblage se retrouve dans la nature, en différents endroits,

from lipid membranes to cell structures,

dans les membranes lipidiques ou la structure cellulaire,

so we do know it can be a robust solution.

donc on sait qu'il s'agit d'une solution viable.

If it's good enough for nature, it should be good enough for us.

Si c'est assez bien pour la nature, ça devrait aussi l'être pour nous.

So we want to take this naturally occurring, robust self-assembly

Donc nous voulons utiliser cet auto-assemblage robuste et naturel

and use it for the manufacturing of our semiconductor technology.

et nous en servir pour la fabrication de notre technologie de semi-conducteurs.

One type of self-assemble material --

Un de ces matériaux auto-assemblant,

it's called a block co-polymer --

le copolymère à blocs, se compose de deux chaînes polymères

consists of two polymer chains just a few tens of nanometers in length.

de quelques dizaines de nanomètres de longueur.

But these chains hate each other.

Mais ces chaînes se détestent.

They repel each other,

Elles se repoussent,

very much like oil and water or my teenage son and daughter.

comme l'eau et l'huile ou mon fils adolescent et sa sœur.

(Laughter)

(Rires)

But we cruelly bond them together,

Mais, d'une façon cruelle, on les relie entre elles,

creating an inbuilt frustration in the system,

créant ainsi une frustration intrinsèque au système,

as they try to separate from each other.

alors qu'elles cherchent à se séparer.

And in the bulk material, there are billions of these,

Dans cette matière première, il y a des milliards de ces chaînes

and the similar components try to stick together,

et les chaînes similaires essaient de rester ensemble.

and the opposing components try to separate from each other

Par contre, celles qui s'opposent cherchent à se séparer

at the same time.

et ce en même temps.

And this has a built-in frustration, a tension in the system.

Cela provoque une frustration interne, une tension dans le système.

So it moves around, it squirms until a shape is formed.

Et donc elles se déplacent et se tortillent jusqu'à qu'une forme se crée.

And the natural self-assembled shape that is formed is nanoscale,

La forme naturelle auto-assemblée qui se constitue est à l'échelle nanométrique

it's regular, it's periodic, and it's long range,

régulière, périodique et à long terme,

which is exactly what we need for our transistor arrays.

et c'est précisément ce dont on a besoin pour nos matrices de transistors.

So we can use molecular engineering

Ainsi on peut utiliser l'ingénierie moléculaire

to design different shapes of different sizes

pour élaborer des formes diverses de tailles différentes

and of different periodicities.

et de périodicités différentes.

So for example, if we take a symmetrical molecule,

Ainsi, par exemple, si on prend une molécule symétrique

where the two polymer chains are similar length,

où les deux chaînes de polymères ont la même longueur,

the natural self-assembled structure that is formed

la structure auto-assemblée qui se constitue naturellement

is a long, meandering line,

sera une longue ligne sinueuse,

very much like a fingerprint.

semblable à une empreinte digitale.

And the width of the fingerprint lines

La largeur des lignes de cette empreinte digitale

and the distance between them

et la distance entre ces lignes

is determined by the lengths of our polymer chains

sont déterminées par la longueur des chaînes de polymères

but also the level of built-in frustration in the system.

mais aussi par le niveau de frustration interne du système.

And we can even create more elaborate structures

On peut même créer des structures plus élaborées,

if we use unsymmetrical molecules,

si on emploie des molécules asymétriques,

where one polymer chain is significantly shorter than the other.

où une chaîne de polymères est bien plus courte que l'autre.

And the self-assembled structure that forms in this case

La structure auto-assemblée qui se forme dans ce cas

is with the shorter chains forming a tight ball in the middle,

constitue une boule resserrée, avec les petites chaînes au milieu,

and it's surrounded by the longer, opposing polymer chains,

entourée par les chaînes de polymères opposées, plus longues,

forming a natural cylinder.

constituant ainsi un cylindre naturel.

And the size of this cylinder

Et la taille du cylindre,

and the distance between the cylinders, the periodicity,

et la distance entre les cylindres, la périodicité,

is again determined by how long we make the polymer chains

sont à nouveau déterminées par la longueur des chaînes

and the level of built-in frustration.

et par le niveau de frustration interne.

So in other words, we're using molecular engineering

Autrement dit, on utilise l'ingénierie moléculaire

to self-assemble nanoscale structures

pour auto-assembler des structures nanométriques

that can be lines or cylinders the size and periodicity of our design.

en forme de lignes ou de cylindres selon la taille et périodicité de notre design.

We're using chemistry, chemical engineering,

On utilise la chimie, l'ingénierie chimique,

to manufacture the nanoscale features that we need for our transistors.

pour fabriquer les nano-éléments nécessaires pour nos transistors.

But the ability to self-assemble these structures

Cependant, la capacité d'auto-assemblage de ces structures

only takes us half of the way,

ne règle qu'à moitié le problème

because we still need to position these structures

parce qu'on a encore besoin de positionner ces structures

where we want the transistors in the integrated circuit.

là où on veut les transistors dans le circuit intégré.

But we can do this relatively easily

Mais cela peut se faire assez facilement

à l'aide de larges structures guides qui fixent les structures auto-assemblées,

using wide guide structures that pin down the self-assembled structures,

anchoring them in place

les maintiennent en place,

and forcing the rest of the self-assembled structures

et forcent le reste des structures auto-assemblées

to lie parallel,

à se placer parallèlement

aligned with our guide structure.

et à s'aligner sur notre structure guide.

For example, if we want to make a fine, 40-nanometer line,

Par exemple, si on veut former une fine ligne de 40 nanomètres,

which is very difficult to manufacture with conventional projection technology,

si difficile à faire avec les technologies de projection traditionnelles,

we can manufacture a 120-nanometer guide structure

on peut fabriquer une structure guide de 120 nanomètres

with normal projection technology,

avec la technologie de projection classique,

and this structure will align three of the 40-nanometer lines in between.

et cette structure alignera trois lignes de 40 nanomètres dans l'intervalle.

So the materials are doing the most difficult fine patterning.

Donc, ce sont les matériaux qui font le travail le plus difficile.

And we call this whole approach "directed self-assembly."

On peut appeler cette approche « auto-assemblage dirigé ».

The challenge with directed self-assembly

Le défi de l'auto-assemblage dirigé

is that the whole system needs to align almost perfectly,

est que tout le système doit s'aligner presque parfaitement

because any tiny defect in the structure could cause a transistor failure.

car un seul petit défaut dans la structure pourrait faire échouer le transistor.

And because there are billions of transistors in our circuit,

Et comme il y a des milliards de transistors dans notre circuit,

we need an almost molecularly perfect system.

on a besoin d'un système aussi parfait qu'un système moléculaire.

But we're going to extraordinary measures

Mais nous faisons des efforts incroyables

to achieve this,

pour y parvenir,

from the cleanliness of our chemistry

que ce soit la propreté de notre chimie

to the careful processing of these materials

ou le traitement minutieux de ces matériaux

in the semiconductor factory

dans les usines de semi-conducteurs

to remove even the smallest nanoscopic defects.

afin d'éliminer le moindre défaut nanoscopique.

So directed self-assembly is an exciting new disruptive technology,

Donc l'auto-assemblage dirigé est une rupture technologique prometteuse

but it is still in the development stage.

mais encore en développement.

But we're growing in confidence that we could, in fact, introduce it

Toutefois on est de plus en plus convaincu qu'on pourrait en fait l'introduire

to the semiconductor industry

dans les usines de semi-conducteurs

as a revolutionary new manufacturing process

comme un procédé de fabrication neuf et révolutionnaire

in just the next few years.

dans les prochaines années.

And if we can do this, if we're successful,

Si on arrive à faire ça, si on réussit,

on pourra continuer

we'll be able to continue

with the cost-effective miniaturization of transistors,

avec une miniaturisation rentable des transistors,

continue with the spectacular expansion of computing

avec l'incroyable développement informatique

and the digital revolution.

et avec la révolution digitale.

And what's more, this could even be the dawn of a new era

En outre, cela pourrait représenter l'aube d'une nouvelle ère

of molecular manufacturing.

en termes de fabrication moléculaire.

How cool is that?

Ce n'est pas génial ?

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)