La conception optimisée de meilleurs circuits
Qu'ont donc en commun des appareils comme les smartphones, les ordinateurs portables, les équipements de diagnostics médicaux ou les unités de contrôle? Ils sont tous basés sur des semi-conducteurs qui utilisent les dernières innovations en matière de conception et de procédés de fabrication. Plus précisément, la plupart de ces objets sont réalisés à partir de nouveaux matériaux et de structures dont la taille ne dépasse pas quelques nanomètres. Pourtant en dépit des nombreux avantages que de telles structures apportent, elles sont également sujettes à de nombreux problèmes comme par exemple la surchauffe de leurs circuits intégrés ou l'interférence des signaux. Le projet NANOCOPS financé par l'UE a été initié pour éliminer ces problèmes avant même qu'ils n'aient la chance de se manifester dans votre nouvel appareil. Pour obtenir ce résultat, les partenaires du projet ont développé des algorithmes et des outils logiciels capables de quantifier ces effets indésirables et de fournir une validation robuste des nouveaux circuits nanoélectroniques. Un outil de simulation L'un des objectifs principaux des partenaires du projet consistait à créer une conception de circuit judicieuse et efficace, capable d'héberger de plus en plus de dispositifs électroniques sur une surface de plus en plus petite, permettant de ce fait à une quantité plus importante d'informations d'être transmise sans interférences. «Le problème fondamental est que nous avons épuisé les limites physiques de la surface porteuse, forçant les différents circuits et composants à être de plus en plus proches avec pour conséquence un risque croissant de ce que l'on appelle l'effet 'cross-talk' et donc des interactions magnétiques entre les composants individuels», comme nous l'explique un chercheur du projet, le Dr E. Janv. W. ter Maten. «Cette question ne peut plus être ignorée, particulièrement si nous continuons à développer des puces toujours plus puissantes». La palette d'outils développée dans le cadre du projet NANOCOPS a justement été élaborée pour tester ces limites physiques. Des modèles et simulations ont ainsi été créés pour estimer jusqu'à quel point il était possible de réduire la surface d'une zone tout en augmentant le nombre de composants, avant d'observer des interactions défavorables. Une autre ligne de recherche s'est appuyé sur une combinaison de champs électromagnétiques et de simulations thermiques intégrés directement dans la simulation de puce électronique pour identifier les composants les plus sensibles aux interférences pendant la phase de développement. «Nous avons montré que les problèmes survenaient quand les interactions électriques et thermiques affectaient le composant lui-même avec des effets sur les contraintes matériels et la durée de vie des transistors», nous dit le Dr ter Maten. «Il est donc essentiel d'évaluer correctement la génération de chaleur afin de pouvoir développer des transistors plus efficaces et plus durables». Des prévisions plus fiables pour un meilleur design Le projet de NANOCOPS a permis de faire d'énormes progrès dans la conception des composants nanoélectroniques. Par exemple, il fallait généralement deux opérations séparées pour simuler la dépendance entre une température élevée et les niveaux de puissance extrêmes dans un circuit électronique. Les chercheurs de NANOCOPS ont pour la première fois réussi à combiner ces deux étapes, accélérant la simulation et fournissant des résultats significativement meilleurs. Dans le domaine de la simulation des champs électromagnétiques également, l'outil de NANOCOPS permet de simuler, non seulement les différents composants en 3D, mais également les circuits eux-mêmes - ce qui permet de simuler toute une palette de perturbations et autorise par conséquent une détection beaucoup plus rapide des anomalies potentielles. La diminution des interférences de signal dans les smartphones ou les stimulateurs cardiaques exige par exemple, une simulation efficace de divers signaux VHF de fréquence très distincte. Dans cette configuration, les circuits électroniques, les champs électromagnétiques et le dégagement de chaleur interagissent et ces paramètres - tout comme le vieillissement des dispositifs eux-mêmes - entraînent des modifications qui n’étaient pas prévisibles. «NANOCOPS et tous les outils de simulation créés par le projet ont tout changé», conclut le Dr ter Maten. «Les fabricants peuvent maintenant baser la conception de leurs circuits intégrés sur des prévisions fiables, améliorant de fait leur opérabilité, leur efficacité et leur durée de vie».
Mots‑clés
NANOCOPS, conception nanoélectronique, circuits, circuits intégrés, smartphones, stimulateurs
