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Posté par Michel le Vendredi 29/10/2010 à 00:01
Réduire la consommation des appareils électroniques
Le consommateur bénéficiera de coûts d’électricité plus bas et d’une longévité accrue des appareils à piles; les appareils consommeront 10 fois moins en marche et pratiquement plus rien en mode veille.

Une grande initiative impliquant plusieurs organismes de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique,...) majeurs du monde (Le mot monde peut désigner :) académique et des entreprises, pilotée par l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), a été lancée en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de contrer la croissance alarmante de la consommation énergétique des appareils électroniques – du téléphone portable au supercalculateur, en passant par les ordinateurs portables et les téléviseurs. Baptisé STEEPER, ce projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) vise à réduire de 10 fois la consommation énergétique de ces appareils lorsqu’ils sont en marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un mode de locomotion naturel. Il consiste en un...) et à pratiquement éliminer toute consommation de courant lorsqu’ils sont en mode passif ou en veille.

Selon l’Agence internationale de l'énergie (AIE), les appareils électroniques représentent actuellement 15% de la consommation électrique des ménages, qui va doubler d’ici 2022 et tripler à l’horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique, philosophie, littérature, et...) 2030 pour atteindre 1'700 térawatt-heures, soit l’équivalent de la consommation d’énergie totale de l’Union européenne en 2009.

L’énorme consommation des appareils en veille représente un immense gaspillage. Au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en...) de l’Union européenne, on estime qu’elle correspond déjà à quelque 10% de l’électricité utilisée dans les foyers et les bureaux des Etats membres. D’ici 2020 on prévoit qu’environ 4.6 milliards de dispositifs installés auront des modes veille/arrêt et, à défaut de mesures adéquates, la consommation d’électricité dans ces modes s’élèvera à 49 térawatt-heures par an, ce qui représente presque la consommation électrique combinée de l’Autriche, de la République tchèque et du Portugal.

«Notre vision consiste à partager ces recherches afin de permettre aux constructeurs de créer le Graal de l’électronique: un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques...) dont la consommation énergétique est négligeable en mode veille, que nous appelons le PC zéro watt (Le watt (symbole W) est une unité dérivée du système international pour la puissance. Un watt est la puissance d'un système énergétique dans lequel une énergie de 1 joule est transférée...)», indique Adrian M. Ionescu du Nanolab de l’EPFL, qui coordonne ce projet. Les résultats vont déboucher sur de nouvelles applications intelligentes à très faible consommation de courant, les systèmes d’information sur puce (SoCs).

Avec le soutien du 7ème programme-cadre de la Commission européenne (FP7), les chercheurs vont pouvoir explorer, par le biais du projet STEEPER, des modules innovants à l’échelle du nanomètre pour les puces électroniques afin de réduire leur tension (La tension est une force d'extension.) d’exploitation à moins de 0.5 volts, c’est-à-dire de faire baisser d’environ 10 fois leur consommation d’électricité.

Participent notamment au projet STEEPER des organismes de recherche de grandes entreprises comme IBM (International Business Machines Corporation (IBM) est une société multinationale américaine présente dans les domaines du...) et de grandes industries comme Infineon and GLOBALFOUNDRIES, d’importants instituts de recherche comme CEA-LETI et le Forschungszentrum Jülich, ainsi que des partenaires académiques dont l’EPFL, l’Université de Bologne (Bologne est une ville italienne d'environ 375 000 habitants, située dans le nord-est du pays, entre le Pô et les Apennins. C'est le chef-lieu de la région d'Émilie-Romagne (plaine du Pô) et de la...), l’Université de Dortmund, l’Université d’Udine et l’Université de Pise, le soutien à la gestion de projet (La gestion de projet ou conduite de projet est une démarche visant à structurer, assurer et optimiser le bon déroulement d'un projet suffisamment...) étant assuré par SCIPROM.

«La dissipation d’énergie est en passe de devenir le plus grand défi de l’électronique d’aujourd’hui, et ce particulièrement dans l’industrie du calcul», estime le Dr Heike Riel, chercheuse qui dirige le groupe de nanoélectronique chez IBM Research à Zürich. «En appliquant nos recherches communes sur les transistors à effet de champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) (FETs) à tunnel (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de fer, canal, route, chemin piétonnier). Sont apparentés aux tunnels par leur mode de construction les...) à des nanofils semiconducteurs, nous comptons réduire de façon significative la consommation énergétique des modules de base des circuits intégrés, de sorte à limiter la consommation de courant des plus petits appareils électroniques grand public au plus grands des supercalculateurs», ajoute-t-elle.

Au-delà de la science

Le développement d’appareils innovants comme les transistors à forte pente sous seuil (« steep slope transistors », d’où le nom du projet) peut permettre une transition bien plus brève entre les modes « arrêt » et « marche » que ne l’autorise l’actuelle limite à 60mV/décade des transistors à effet de champ à grille ( Un grille-pain est un petit appareil électroménager. Une grille écran est un élément du tube de...) métal-oxyde (MOSFETs) à température ambiante. En même temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), il permet de limiter les fuites sous le seuil et de faire baisser la tension d’exploitation. L’élaboration de transistors à forte pente sous seuil, économes en énergie et capables de fonctionner à une tension d’exploitation de moins de 0.5V, sera un facteur crucial pour la réussite du projet.

Pour y parvenir, les chercheurs vont étudier le développement de transistors FETs à tunnel à base de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) (Si), de silicium-germanium (SiGe) et de nanofils semiconducteurs III-V. Les nanofils sont des structures cylindriques d’un diamètre de quelques nanomètres (nm) à peine, permettant un contrôle électrostatique optimal du canal du transistor. Dans un FET à tunnel, on exploite une transmission directe à effet tunnel (L'effet tunnel désigne la propriété que possède un objet quantique de franchir une barrière de potentiel, franchissement impossible selon la mécanique...) par mécanique quantique pour enclencher l’appareil, ce qui donne des caractéristiques d’allumage (Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre doit subir une élévation de température permettant de porter une...) plus rapides que celles des MOSFETs conventionnels.

Le projet STEEPER va évaluer les limites physiques et pratiques au dopage de la performance des FETs à tunnel par des nanofils III-V ainsi que les gains qui en découleraient en vue de futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) circuits numériques économes en énergie.
Ce projet, qui a démarré en juin 2010, va se poursuivre sur 36 mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.).

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Source et illustration: EPFL