Pentium 4, procédés de fabrication

Revenons un court instant sur le lancement du Pentium 4 en 2000. Mettons de côté ses performances ou son utilisation de la RDRAM, la puce avait été lancée dans ce que l’on appelle un procédé de fabrication en 180 nanomètres, c'est-à-dire que les composants du processeur sont gravés de manière optique (par un procédé de photolithographie) avec une résolution de 180nm. Un processus de fabrication qui avait porté déjà les Pentium III « Coppermine » depuis 1999. Pour que la recette du Pentium 4 prenne, Intel devait tirer rapidement le meilleur de chacun de ses procédés de fabrication afin de faire monter rapidement en fréquence son architecture.

Après être arrivé péniblement à 2 GHz, le cœur Willamette en 180 nm aura laissé sa place début 2002 au Northwood. Son utilisation du procédé 130 nanomètres aura permis assez rapidement à Intel de monter en fréquence, passant de 2 à 3 GHz en moins d’une année pour culminer en fin de vie à 3.4 GHz.

Deux années après le Northwood, Intel lancera le Prescott gravé lui en 90 nm. Après un 130 nm fanfaronesque qui aura fait monter la fréquence du Pentium 4 de 70%, le constructeur espérait que le 90nm permettrait une montée quasi similaire afin de dépasser les 4 GHz et tutoyer les 5. Ca ne s’est pas exactement passé comme prévu, le Prescott ne dépassera pas les 3.8 GHz. L’arrivée des processeurs double cœur Pentium D (Smithfield, utilisant deux cœurs Prescott) occupera le terrain (et les esprits) en 2005. Le début de l’année 2006 verra débarquer Cedar Mill, un Prescott rétréci en 65 nm. Intel avait déjà jeté l’éponge du Pentium 4 et ne prendra même pas la peine de le faire monter à 3.8 GHz.

A quoi bon parler de ces choses qui fâchent ? C’est assez simple, le fait est que l’histoire magique de la montée en fréquence était terminée. La machine à faire monter les MHz était en panne, comme le résume assez bien ce graphique que nous vous avons concocté :

Nous aurions pu vous montrer un graphique quasiment similaire avec les processeurs AMD : même s’il aurait été un peu moins visuel, on y aurait constaté la même chose. A savoir que les procédés de fabrication en 90 et 65 nm n’ont pas apporté ce qu’ils auraient du apporter.

Précédemment, le passage d’une finesse de gravure à une autre avait des conséquences rapides et immédiates. Réduire la résolution veut dire réduire la taille finale d’un processeur (à nombre de transistor égal). On peut donc en placer un plus grand nombre sur un Wafer (les galettes de substrat de silicium qui servent de support à la photolithographie), ce qui veut dire que le constructeur effectue des économies.

Réduire la taille des transistors avait également un autre impact, celui de réduire l’énergie nécessaire pour le faire fonctionner. Si l’on doit moins alimenter les transistors, on doit donc donner moins d’énergie au processeur. Ce qui veut dire au final que l’on obtient non seulement des processeurs qui chauffent moins, mais que l’on dispose également d’une marge de manœuvre importante pour les faire monter en fréquence. Une marge de manœuvre augmentée par le fait que des transistors plus petits sont en prime plus rapides.

Tout ceci était quasiment considéré comme automatique, l’illustration la plus célèbre de cet état de fait est bien entendu la loi de Moore qui prédit que la complexité d’un processeur (sous entendu, le nombre de transistors qu’il inclut) double tous les 18 mois. Le Pentium 4 peut être considéré comme une application directe de la loi de Moore puisque son succès technique reposait sur la disponibilité de nouveau procédés de fabrications plus performants.

Si la réduction optique continue de s’opérer (Intel lance en moyenne un procédé de fabrication tous les deux ans), les autres conséquences sont de moins en moins évidentes. On aura remarqué par exemple qu’a fréquence égale, les puces Prescott (90 nm) chauffaient plus que les Northwood (130 nm) tout en étant moins performantes. Il y a bien entendu des raisons techniques derrière cela.