Une « technologie du futur » qui a finalement perdu face au silicium
En un mot: Ken Shirriff est un passionné d’ingénierie inverse des circuits intégrés qui aime restaurer des ordinateurs et des appareils vintage. En réparant un lecteur de disquettes HP de huit pouces, l’historien de l’informatique a découvert une technologie de fabrication obsolète qui avait presque disparu avec le temps.
L’ancien lecteur de disquettes avait une puce d’interface cassée, a expliqué Shirriff sur son blog. Il a décidé de le décaper et a pris des photos. La puce a un substrat inhabituel, composé d’une base en saphir avec des éléments en silicium et un câblage métallique sur le dessus. La puce « silicium sur saphir » est en partie transparente, note Shirriff, et a été conçue pour fonctionner comme une interface entre le bus d’interface HP (HP-IB) et le processeur Z80, qui fait office de hub central dans le contrôleur du lecteur de disquette.
La puce silicium sur saphir est un composant PHI (Processor-to-HP-IB Interface), utilisé dans divers produits HP pour gérer le protocole de bus et les données mises en mémoire tampon entre le bus d’interface et le microprocesseur d’un périphérique. Le substrat saphir confère à la puce des capacités uniques, que Shirriff développe dans son article.
Contrairement à un circuit intégré classique, les transistors de la puce sont complètement isolés car le substrat en saphir sert d’isolant. Cela signifie qu’il y a une capacité réduite entre les transistors, améliorant les performances et offrant une protection contre les rayonnements ou les courts-circuits à faible impédance.
Grâce à ses capacités naturelles de durcissement contre les radiations, la configuration silicium sur saphir était utilisée depuis 1963 ou avant, notamment dans des engins spatiaux comme la sonde Galileo. Shirriff a comparé la puce PHI à d’autres processeurs des années 70, fabriqués à la fois à partir de substrats silicium sur saphir et uniquement silicium.
Le processeur HP MC2 16 bits de 1977 utilisait la technologie silicium sur saphir et possédait 10 000 transistors, selon l’historien, fonctionnant à 8 mégahertz avec seulement 350 mW de puissance. En comparaison, le processeur Intel 8086 16 bits de 1978 a été implémenté sur un substrat de silicium « ordinaire » utilisant NMOS au lieu du processus de fabrication CMOS. La puce comptait 29 000 transistors, fonctionnait initialement à 5 mégahertz et consommait jusqu’à 2,5 watts d’énergie.
Bien que les substrats silicium sur saphir offrent certains avantages en termes de performances et de consommation d’énergie, comme le confirme l’examen de Shirriff, ils n’étaient pas aussi densément remplis de transistors que ceux en silicium. De plus, les « incompatibilités cristallines » entre le silicium et le saphir ont rendu la fabrication difficile, ce qui a entraîné un rendement de 9 % pour HP. Cette difficulté a probablement joué un rôle important dans l’établissement du silicium comme matériau de choix pour la fabrication de circuits intégrés au cours des années suivantes.
