Micro Systèmes n°29 mars 1983
Micro Systèmes n°29 mars 1983
  • Prix facial : 20 F

  • Parution : n°29 de mars 1983

  • Périodicité : mensuel

  • Editeur : Société Parisienne d'Edition

  • Format : (203 x 271) mm

  • Nombre de pages : 206

  • Taille du fichier PDF : 168 Mo

  • Dans ce numéro : Forth... un langage sans programmes.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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La maîtrise du super-ordinateur Dossier Résumé de la première partie (« Micro-Systèmes », n°28, février 1983) La puissance d'un ordinateur est fonction du nombre d'intructions effectuées à la seconde. Pour accroître cette puissance, il est nécessaire de réduire les temps de commutation des circuits élémentaires à moins d'une nanoseconde et de diminuer la distance parcourue par les signaux électriques. De sorte que le superordinateur (quelques millions de circuits élémentaires) soit contenu dans un volume de l'ordre d'un décimètre cube. Bien entendu, la puissance dissipée par les circuits logiques doit être compatible avec d'aussi faibles dimensions... C'est ce qu'apporte de façon élégante l'électronique supraconductrice et, plus particulièrement, la jonction Josephson. On obtient ici des temps de commutation de 10 picosecondes (1 ps = 70-12 _1 si et des consommations de l'ordre du millionième de watt. Effet Josephson Une jonction tunnel Josephon représente un interrupteur que l'on peut faire commuter de l'état supraconducteur (le courant traverse la jonction, la tension aux bornes de celle-ci est nulle) à l'état résistif (la tension aux bornes de la jonction n'est plus nulle). Il existe deux moyens pour commander cette jonction  : - par commande magnétique en envoyant un courant de commande dans une ligne placée audessus de la jonction ; - par commande en courant, en superposant au courant traversant la jonction un courant supplémentaire de façon à ce que le courant résultant dépasse le courant critique nécessaire pour atteindre l'état résistif. La figure A rappelle le principe d'une porte logique commandée par un champ magnétique tel que nous vous l'avions présenté dans notre dernier numéro. Cependant, cette porte logique élémentaire présente un handicap majeur  : le manque de gain. En effet, le flux magnétique qui permet la commutation d'une jonction est proportionnel au courant de commande et à la longueur 1 de la jonction. Lorsque l'on cherche à augmenter le niveau d'intégration (en diminuant 1 essentiellement), il devient donc nécessaire d'accroître le niveau des courants, ce qui est contraire au but visé. C'est pourquoi des dispositifs plus sensibles, présentant davantage de gain, n'ont pas tardé à apparaître. Ils associent tous plusieurs jonctions, ainsi que des inductances ou des résistances en couches minces. On peut aujourd'hui définir deux classes de dispositifs logiques en technologie Josephson  : • les circuits utilisant le couplage magnétique de la ligne de contrôle à l'inductance ; c'est la logique à ligne de contrôle ouL.L.C, Fig. - porte logique Josephson commandée par un champ magnétique  : la jonction est constituée de deux couches minces supraconductrices séparées par une barrière fine et isolante (a). Au-dessus de la jonction, un fil de commande dont le courant 1c induit un champ magnétique est destiné à modifier la valeur du courant critique caractérisant le seuil de basculement de la jonction (b). En l'absence du courant de commande, le courant d'alimentation 1G traverse la jonction, la tension aux bornes de celle-ci est nulle (point H sur la couche), aucun courant n'est dérivé dans la charge RL. Lorsqu'un courant de commande est appliqué, la jonction commute vers l'état résistif (point K), la tension aux bornes de la jonction n'est plus nulle et un courant (IL) est dérivé vers la charge. 102 — MICRO-SYSTEMES Mars 1983
La maîtrise du super-ordinateur Dossier Courant de commande Ic Alimentation 1g -e• — Jorictlori Masse a) Ig lo Courant d'alimentation (Ig) 4 Ligne de contrôle (Ica. lob) Jonction Nb2 OS le/Io Jonctio Nb Pont inductif b) c) tli2U ;/On, 01n, Ji1.1ephSOn. Les deux cic,trodcs,upraeonductri,cs „,,, Tons par un isolant relativement épais qui définit une zone inductive (a). Le courant circulant dans la ligne de commande est couplé au dispositif par l'intermédiaire de cette zone. Ce courant le induit dans la boucle inductive s'ajoute ou se retranche, au niveau des jonctions, au courant d'alimentation 1g qui se répartit également entre deux branches. Il se produit alors des effets d'interférence entre ces courants. La structure schématique (b) montre que le flux magnétique créé par le courant dans la ligne de contrôle est couplé dans l'interféromètre par le pont inductif. La caractéristique seuil lg(lc) d'un interféromètre symétrique à deux jonctions est représentée en (e).• les circuits utilisant l'injection directe du courant de contrôle dans la cellule ; c'est la logique à injection directe ouL.I.D. Les SQUID  : Les SQUID (Superconducting Quantum Interference Devices, ou interféromètres quantiques supraconducteurs) constituent la première classe de dispositifs définis ci-dessus (L.L.C.). La figure 8 présente le schéma d'un dispositif à deux jonctions. Il s'agit d'un anneau supraconducteur interrompu par deux jonctions tunnel dans le- quel on impose à travers l'ensemble un courant Ig. Les effets d'interférence qui se produisent alors conduisent aux caractéristiques seuil Ig en fonction de le représentées figure 8c. A l'intérieur de la courbe seuil, les jonctions sont dans l'état supraconducteur. Pour un courant d'alimentation Ig donné, l'application d'un courant de commande le permet le franchissement de la courbe seuil (trajectoire AB), le basculement à l'état résistif des deux jonctions et donc celui du SQUID lui-même. Cette figure montre que les lobes constituant la courbe seuil ont un net recouvrement pour un dispositif symétrique à deux jonctions. Les marges autorisées sur les courants de fonctionnement pour effectuer une opération logique (trajectoire sans risque d'erreur) sont donc étroites. La recherche de marges de fonctionnement importantes a conduit à des structures plus complexes telles que l'interféromètre à trois jonctions (fig. 9) dont les lobes peuvent être très nettement séparés. Celui-ci a donc longtemps été le dispositif de base des portes logiques Josephson. Pour les portes conçues Mars 1983 MICRO-SYSTEMES — 103



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