Le Coin Tech : Mais au fait c’est quoi un transistor ?

Publié à 5:00 par - Dans Le coin du tech - 2 réactions.

Le Coin Tech s’attaque à une question cruciale de l’informatique moderne : Mais au fait c’est quoi un transistor ?

A chaque nouvelle sortie de processeur, de carte graphique ou encore de console on nous parle de fréquence, de fonctionnalités, de calculs par seconde, mais aussi de nombre de transistosr.  Mais vous allez me dire, mais euh au fait c’est quoi un transistor ? Et vous aurez bien raison parce que si on nous annonce leur nombre ça doit quand même être important. D’autant plus que des transistor il y en a beaucoup, vraiment beaucoup dans une puce actuelle, plus de 7 milliards par exemple dans la GTX Titan.

Alors pour commencer faisons un peu d’histoire pour savoir d’où vient ce terme de transistor.  Le terme transistor provient de l’anglais transfer resistor il a été choisi le 28 mai 1948 par Bell Labs à l’origine de l’invention. C’est donc un élément important de l’électronique moderne. C’est suite à des travaux sur les semi-conducteurs (à l’époque le Germanium) que le transistor a été inventé en décembre 1947 par des chercheurs de la compagnie Bell : John Bardeen, William Shockley, et Walter Brattain. L’importance d’une telle invention leur vaudra d’ailleurs le prix Nobel de physique en 1956 (oui c’est pas de la merde comme dirait l’autre). Mais pourquoi avoir crée un transistor et à quoi sert-il ? A l’époque surtout à amplifier un signal et notamment les signaux téléphoniques transatlantiques en remplacement des tubes électroniques (les fameuses lampes des amplis à lampe de guitare est l’un des derniers lieux d’utilisation de tels tubes) ils ont l’avantage d’être plus petits, plus légers, plus robustes, moins énergivores, potentiellement alimentés par pile, j’en passe et des meilleures. C’est donc une véritable révolution dans le monde de l’amplification du signal et l’on voit apparaître les premières radios à transistor beaucoup plus petites dès les années  (oui des fois vos papys parlent de transistor et bah c’est ça).

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Et là vous allez me dire, c’est bien c’est une révolution (une vraie celle là, contrairement aux itruc) mais quel rapport avec la choucroute ? Moi je veux savoir pourquoi il y en a plein dans mon processeur des transistors et à quoi ça sert, et vous avez raison. Parce qu’un transistor ça ne sert pas qu’à amplifier un signal, ça peut aussi servir d’interrupteur mais sans avoir à appuyer sur un bouton. Ou plutôt en parlant informatique faire passer du courant ou ne pas le faire passer, faire des 0 ou des 1 si vous préférez des bits 0 ou 1 et ça c’est vachement plus intéressant pour nous enfin pour nos chers P4G.

Par la suite nous allons nous intéresser uniquement à un type de transistor, le transistor MOS, car aujourd’hui il constitue l’élément fondamental des circuits intégrés numériques. Et ne vous inquiétez pas vous allez comprendre rapidement comment ça marche.  Alors pour commencer MOS ça signifie Metal Oxyde Semiconductor, soit en français (enfin ça risque de rester du chinois encore quelques lignes) Métal Oxyde Semi-conducteur. Faisons un rapide schéma du transistor MOS vous allez comprendre d’où vient son nom :

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Aujourd’hui le semi-conducteur le plus utilisé est le Silicium (de plus c’est l’élément chimique le plus présent sur terre après l’oxygène donc on n’est pas prêt de voir la pénurie arriver), l’oxyde couramment utilisé l’oxyde de Silicium SiO2 (ou l’oxyde de Hafnium HfO2 qui est un meilleur isolant).  Ensuite les contacts sont réalisés avec un métal bon conducteur électrique (du cuivre par exemple). Le nom vient donc de ce simple (enfin simple c’est vite dit) empilement.

Ce schéma nous permet en plus du nom de comprendre un point essentiel de la micro-électronique, la finesse de gravure. Regardez bien cette grille (ou Gate G) vous voyez qu’elle a une certaine longueur de grille et bien lorsque l’on parle de finesse de gravure (28nm ou encore 22nm) c’est de cette longueur que l’on parle, cela peut vous donner une idée de la taille du composant mais aussi de l’épaisseur de la couche d’oxyde (quelques nanomètres seulement).

Pour finir en quoi un tel composant est absolument génial pour faire du traitement numérique (traiter des 0 et des 1) eh bien grâce à ses caractéristiques électriques très intéressantes.

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Pour comprendre plus facilement imaginons que le transistor soit une rivière qui vient de sa source et peut suivre deux chemins la grille ou le drain, la tension de grille va jouer un rôle d’écluse faisant passer l’eau par la grille ou bien par le drain. C’est un peu ce qui se passe dans un transistor.

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De manière exacte selon la valeur de la tension appliquée à la grille le transistor MOS va ou non conduire le courant.  Pour un transistor à canal N si la tension appliquée à la grille est inférieur à une tension seuil le mode est bloqué, si elle est supérieure à cette tension le transistor devient passant. Pour un transistor à canal P on a juste une inversion des caractéristiques électriques. Le transistor se comporte donc absolument comme un interrupteur commandé par la la tension de grille. En utilisant des transistors à canal N et P de manière complémentaire (le fameux CMOS pour Complementary MOS) on peut alors tout faire au niveau portes logiques qui sont l’élément de base de l’électronique numérique.

Augmenter le nombre de transistor par unité de surface (et donc diminuer la finesse de gravure) est donc un véritable défi qui a déjà permis de passer  de 2300 transistors sur l’intel 4004 en 1971 à plus de 7 000 000 000 aujourd’hui pour la GTX Titan. Permettant de multiplier les fonctionnalités mais aussi d’améliorer grandement la puissance de ces processeurs. Le transistor présenté ici est de type Bulk c’est le transistor MOS de base aujourd’hui pour améliorer les performances par transistor intel et AMD se lancent dans le transistor en 3dimensions (le Finfet déjà arrivé chez Intel normalement bientôt chez AMD) mais aussi le FD-SOI (silicium sur Oxyde) solution notamment retenue par le numéro 1 de la micro-électronique en Europe STmicroelectronics. Ces deux solutions proposant des performances très intéressantes et prometteuses.

 

2 Réactions

  1. Je remarque que c’est le premier coin tech que j’ai écrit, même si ce n’est pas le premier à être sorti. Et que je suis vachement pas drôle sur celui là mon Dieu.

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