La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

PHYSIQUE DES MATERIAUX ET DES MICROSTRUCTURES Yann-Michel Niquet Froggy simule déjà la prochaine machine ! Y.M. Niquet, 1 F. Triozon, 2 I. Duchemin 1,

Présentations similaires


Présentation au sujet: "PHYSIQUE DES MATERIAUX ET DES MICROSTRUCTURES Yann-Michel Niquet Froggy simule déjà la prochaine machine ! Y.M. Niquet, 1 F. Triozon, 2 I. Duchemin 1,"— Transcription de la présentation:

1 PHYSIQUE DES MATERIAUX ET DES MICROSTRUCTURES Yann-Michel Niquet Froggy simule déjà la prochaine machine ! Y.M. Niquet, 1 F. Triozon, 2 I. Duchemin 1, D. Rideau 3 1 CEA Grenoble, INAC, SP2M/L_Sim, France 2 CEA Grenoble, LETI-MINATEC, France 3 ST Microelectronics, Crolles, France

2 Yann-Michel Niquet Le transistor MOS Principe : – Contrôler le courant I entre le contact « source » et le contact « drain » à laide de lélectrode de « grille ». – La grille attire ou repousse les électrons dans le « canal » entre la source et le drain, agissant ainsi sur le courant. Le transistor MOS transistor fonctionne comme un interrupteur contrôlé par la grille Bit 0/1. La taille du transistor MOS transistor est caractérisée par sa longueur de grille L g. I LgLg

3 Yann-Michel Niquet Anatomie de la grenouille Froggy est une grenouille… pas comme les autres…

4 Yann-Michel Niquet Intel E (Sandybridge) 2.6 Ghz 64 GB RAM Infiniband FDR Refroidissement par eau Rack Système de fichiers LUSTRE GPU Nvidia K20 + Alimentation électrique Anatomie de la grenouille Froggy est une grenouille… pas comme les autres…

5 Yann-Michel Niquet Anatomie de la grenouille

6 Yann-Michel Niquet Anatomie de la grenouille 136 processeurs Intel Xeon 2.26 GHz (Sandy Bridge).

7 Yann-Michel Niquet Anatomie de la grenouille 8 cœurs (unités de calcul) par processeur.

8 Yann-Michel Niquet Anatomie de la grenouille Environ transistors/processeur.

9 Yann-Michel Niquet Contexte Loi de Moore : Le nombre de transistors sur un processeur double tous les ~1.5 ans. Longueur de grille de la technologie Sandy Bridge dINTEL (Froggy) : 32 nm. Longueur de grille de la technologie Ivy Bridge dINTEL : 22 nm. Et après ? (16 nm ? 10 nm ? 5 nm ?) Source : IMEC

10 Yann-Michel Niquet Un vrai challenge pour les matériaux et la technologie Introduction de nouveau matériaux : Silicium contraint, « High- », … Vers le transistor 3D ! Source : Intel

11 Yann-Michel Niquet Vers les architectures 3D Transistor 2D Transistor « Tri-gate » 3D Meilleur contrôle par la grille (meilleur interrupteur !) Le contrôle du courant par la grille devient difficile lorsque L g <20 nm. LgLg

12 Yann-Michel Niquet Et à Grenoble ? ST Microelectronics est lui aussi engagé dans cette course, en particulier sur le segment de la téléphonie mobile (processeurs ARM basse consommation & RF).

13 Yann-Michel Niquet Pour résumer… Tendances CMOS : Améliorer performances et intégration des dispositifs en diminuant la longueur de grille L g (~20 nm aujourdhui). Changement de dimensionnalité : Transistor « Bulk » FDSOI (films) Trigate (fils) Corrections quantiques Introduction de nouveaux matériaux : –Oxydes « high- » HfO 2 … –Canaux SiGe, III-V, MoS 2 … Nouveaux paradigmes : Electronique de spin, électronique moléculaire… Transistor « Tri gate » 10nm Transistor 2D LgLg I

14 Yann-Michel Niquet Défis Défis : Technologiques :Synthèse et procédés matériaux. Caractérisation. Conceptuels :Physique de plus en plus complexe, non classique. Beaucoup de questions restent ouvertes. Transistor « Tri gate » 10nm Transistor 2D LgLg I

15 Yann-Michel Niquet Enjeux pour la simulation Enjeux : La modélisation doit permettre de : Comprendre/anticiper la physique des dispositifs. Faire le tri parmi les options architectures/matériaux. Optimiser les dispositifs. « Caractérisation par la simulation »… Transistor « Tri gate » 10nm Transistor 2D LgLg I

16 Yann-Michel Niquet Problématiques La simulation nest plus suffisamment quantitative pour être emmenée sur des terrains peu ou pas explorés.

17 Yann-Michel Niquet Problématiques La simulation nest plus suffisamment quantitative pour être emmenée sur des terrains peu ou pas explorés. VgVg V ds I

18 Yann-Michel Niquet Problématiques La simulation nest plus suffisamment quantitative pour être emmenée sur des terrains peu ou pas explorés. –––Exp. (Uchida 2002)

19 Yann-Michel Niquet Problématiques La simulation nest plus suffisamment quantitative pour être emmenée sur des terrains peu ou pas explorés. Les méthodes « semi-classiques », calibrées à t = 7 nm, sont incapables de rendre compte des tendances pour t = 4 nm et t = 2.6 nm. –––Exp. (Uchida 2002) « Kubo Greenwood »

20 Yann-Michel Niquet Solutions Développer un code : – Basé sur la mécanique quantique. – Capable de décrire des matériaux complexes. – « Multi-échelles » : Description milieux continus/atomistique.

21 Yann-Michel Niquet Le code Code liaisons fortes/k.p développé au CEA Grenoble. Couplé aux codes ab initio ( ). Adapté aux infrastructures de calcul hautes performances. Structural properties (geometry optimization, symmetries...) Tight-binding and k.p hamiltonians 3D Poisson solvers Optical properties (oscillator strengths, polarizations,...) Transport properties (Kubo, Landauer, NEGF) Ab-initio data Self-consistency

22 Yann-Michel Niquet Prix Bull Fourier 2012 Simulation des propriétés électriques des transistors de prochaine génération sur GPU (code « TB_Sim ») SourceDrain Grille Nanofil Si I ds Y.M. Niquet (CEA/INAC), F. Triozon (CEA/LETI) & C. Delerue (CNRS/IEMN Dept ISEN) QUASANOVA

23 Yann-Michel Niquet « Fonctions de Green hors-équilibre » pour le transport quantique. Mobilité dans les films de Si –––Exp. (Uchida 2002) « Kubo Greenwood »

24 Yann-Michel Niquet « Fonctions de Green hors-équilibre » pour le transport quantique. Les fonctions de Green reproduisent les tendances pour t arbitraire, à linverse des méthodes semi-classiques. Mobilité dans les films de Si –––Exp. (Uchida 2002) « Kubo Greenwood » – –NEGF

25 Yann-Michel Niquet Mobilité dans les films de Si « Fonctions de Green hors-équilibre » pour le transport quantique. SiO 2 Oxyde SiO 2

26 Yann-Michel Niquet Mobilité dans les films de Si « Fonctions de Green hors-équilibre » pour le transport quantique. Physique encore largement controversée… Modélisation en cours avec ST Microelectronics (ANR Quasanova)… et des résultats probants! HfO 2 SiO 2 Oxyde SiO 2 /HfO 2 -20/30% mobilité !

27 Yann-Michel Niquet Conclusions Les outils type TB_Sim ont montré leur potentiel et sont destinés à intégrer la chaîne de simulation en microélectronique : Ils nécessitent des moyens de calculs adaptés tels que ceux de la plateforme CIMENT. Laccès à des moyens de calcul hautes performances représente un enjeu stratégique pour la recherche scientifique. – Environ h de calcul sur Froggy (1024 à 2048 cœurs). – Accès GENCI/PRACE. Simulation matériaux ab initio Simulation transport quantique Simulation semi- classique TCAD


Télécharger ppt "PHYSIQUE DES MATERIAUX ET DES MICROSTRUCTURES Yann-Michel Niquet Froggy simule déjà la prochaine machine ! Y.M. Niquet, 1 F. Triozon, 2 I. Duchemin 1,"

Présentations similaires


Annonces Google