Intel fabriquera ses puces sur un substrat en verre d'ici 2030
Pour continuer à augmenter la densité des transistors dans ses composants électroniques, Intel a mis au point une méthode de fabrication utilisant un substrat en verre. Le fondateur compte créer une puce dotée de 1000 milliards de transistors d'ici 2030.
Julien Bergounhoux
Mis à jour
18 septembre 2023
Intel annonce une innovation de taille dans la fabrication des puces électroniques ce 18 septembre : la mise au point de substrats en verre, qui vont lui permettre de créer des puces plus denses et plus performantes. Dans une puce, le substrat est le matériau sur lequel reposent les couches de silicium. Il permet de renforcer leur rigidité structurelle et de redistribuer les signaux entre les différents éléments.
L’objectif de cette innovation est de contourner les limitations d’ordre physique à l'augmentation du nombre de transistors dans les puces. Intel anticipe que l’industrie atteindra un "mur" d’ici la fin de la décennie et que ce nouveau type de substrat permettra de passer outre.
Des propriétés thermiques et mécaniques supérieures
Par rapport aux matériaux "organiques" (plastiques) utilisés comme substrats aujourd’hui, le verre (en l'occurrence de la silice, proche du silicium) possède des propriétés thermiques, mécaniques et optiques supérieures. Les substrats en verre peuvent opérer à des températures plus élevées, sont 50% moins susceptibles de subir des déformations, et sont plus plats, ce qui permet une meilleure précision pour la lithographie.
Leur meilleure résistance thermique permet aussi plus de flexibilité dans le design de l’alimentation énergétique (et donc une consommation réduite) et du "signal routing" (et donc une transmission plus efficace des données) parce qu’ils peuvent intégrer des interconnects optiques et des inducteurs et condensateurs directement dans le verre.
Chiplets à gogo
Leur stabilité physique permet par ailleurs une densité d’interconnexion 10 fois supérieure à ce que permettent les substrats actuels (les couches étant plus fines). Cela signifie qu’il sera possible d’intégrer plus de chiplets dans moins d’espace, et donc de gagner en performance et en densité. Pour rappel, les chiplets sont de toutes petites puces électroniques aux propriétés bien définies qui peuvent être combinées au sein d’un même "package" (et donc sur un même substrat) pour donner une sorte de "super-puce" complexe. On parle alors de circuit intégré hybride, de module multi-puces ou de "System-in-Package" (SiP).
Ce procédé de fabrication se différencie des System-on-a-Chip (SoC), qui regroupent plusieurs sous-composants, par la capacité de réutiliser une même chiplet dans différents SiP, de combiner des chiplets fabriquées avec des procédés différents, ou encore de tester chaque chiplet individuellement avant l’assemblage pour s’assurer les meilleures performances.
L’utilisation de substrats en verre va aussi fournir de meilleures facultés de passage à l’échelle en permettant d’assembler de plus grands ensembles de cliplets dans un même "System-in-Package". Le fondeur parle de créer des SiP d’une superficie de 240 x 240 mm, et anticipe que cette technologie permettra de se rapprocher des 1000 milliards de transistors par "package" d’ici 2030.
Production en série prévue entre 2025 et 2030
Un composant de test intégrant deux chiplets a déjà été produit dans l’usine de Chandler, en Arizona, et Intel va désormais s’atteler à préparer une production en série. La ligne de production pilote a coûté 1 milliard de dollars. L’utilisation effective de cette technologie dans des produits commerciaux devrait avoir lieu "au cours de la deuxième moitié de la décennie," d’après le fondeur.
Les substrats en verre seront utilisés en premier lieu pour les produits à destination des data centers, et notamment du calcul pour l’intelligence artificielle. Cette meilleure densité d’interconnexion est en effet particulièrement utile pour les tâches requérant une utilisation intensive des données. Intel cite également le calcul graphique parmi les cas d’usage prioritaires.
Cette avancée technologique est le fruit de plus de dix ans de recherches, d’après Intel. L’un des défis qu’il a fallu relever est le fait que le verre casse plus facilement que les substrats actuels. Intel avait déjà été à l’avant-garde de la transition des substrats en céramique vers les subtrats organiques au milieu des années 1990. Avec RibbonFET et PowerVia, elle fait partie de ses efforts pour retrouver son leadership technologique en matière de fabrication face à TSMC.
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