c) La consommation d'énergie
Schématiquement, on distingue deux types de consommation d'énergie par les circuits intégrés : la consommation dynamique et la consommation statique.
La consommation dynamique correspond à la consommation d'énergie lorsque le circuit est activé : consomment alors non seulement les transistors, mais également les interconnexions.
Les mémoires et les microprocesseurs sont des composants particulièrement consommateurs d'énergie. Or, la vitesse de fonctionnement des microprocesseurs est liée à leur fréquence (mesurée en Herzt). Aussi , pour augmenter la puissance de calcul des microprocesseurs, les concepteurs se sont longtemps contentés de faire travailler ces derniers à une fréquence plus élevée (des mégahertz puis des gigahertz).
Néanmoins, l'augmentation de la vitesse d'horloge présente des inconvénients : plus le microprocesseur tourne vite, plus la chaleur dissipée par le circuit intégré augmente, chaque transistor consommant et dégageant une certaine quantité d'énergie à chaque cycle d'horloge, ce qui engendre des problèmes de refroidissement. Pour contrôler l'élévation de la température, plusieurs solutions ont été élaborées visant à introduire des ventilateurs d'extraction de chaleur, à instaurer un circuit de refroidissement dévolu au processeur ou encore à affiner le trait de gravure.
Toutefois, l'innovation majeure pour améliorer la puissance des microprocesseurs sans augmenter la quantité d'énergie consommée a été d'arrêter la course à la fréquence et de multiplier les coeurs des processeurs . En utilisant plusieurs coeurs au lieu d'un, un processeur peut traiter plus de données simultanément.
La consommation statique du transistor (c'est-à-dire hors fonctionnement) est liée au courant de fuite exposé précédemment. Pour limiter la fuite des électrons par effet tunnel, les concepteurs des circuits ont introduit de nouveaux isolants de grille.
A cet égard, on peut citer le SOI développé par SOITEC : ce matériau silicium de nouvelle génération permet d'insérer un isolant entre la couche de silicium actif sur laquelle est gravé le circuit intégré et le substrat servant de support mécanique . Grâce à cet isolant, les circuits intégrés consomment bien moins d'énergie que lorsqu'ils sont conçus et fabriqués sur du silicium conventionnel.
Afin de limiter la dissipation de chaleur, il est également envisagé d'enrouler la grille autour du canal plutôt que de la laisser agir uniquement « par-dessus ». La limite de la miniaturisation pourrait donc être un empilement de nanofils de silicium enserrés dans des grilles indépendantes pour cumuler le bénéfice d'un meilleur contrôle électrostatique et d'un gain en courant électrique.