La concurrence est de plus en plus rude pour les fabricants de semi-conducteurs : ainsi, le géant de ces dernières décennies, Intel, n’est plus que le deuxième producteur de puces en volume, devant céder la première place à Samsung. Récemment, ce même Intel a annoncé ne pouvoir lancer sa production de puces en 10 nm que l’année prochaine (les premiers plans faisaient état d’un objectif de 2015…). En même temps, TSMC annonce le début de la production de puces en… 7 nm. Tout en respectant les délais annoncés.Les processus de fabrication de semi-conducteurs évoluent sans cesse, avec une finesse de gravure de plus en plus faible : chaque transistor d’une puce prend ainsi moins de place. Ceci a deux impacts : sur une même surface, on peut positionner plus de transistors (donc effectuer des opérations plus vite, par exemple) ; de plus, un transistor plus petit a tendance à moins consommer d’énergie (tout bénéfice pour l’autonomie des machines). Cependant, depuis quelques années, ces procédés s’approchent des limites de la physique. Conséquence ? Il devient de plus en plus difficile de proposer des améliorations.
Le nouveau processus de TSMC, le bien nommé 7FF (pour FinFET 7 nm), est très attendu par l’industrie : il permet de réduire de septante pour cent la taille des puces (à nombre de transistors égal), la consommation électrique de soixante pour cent ou d’augmenter la fréquence de trente pour cent (ou une combinaison de ces trois axes) par rapport au plus utilisé jusqu’à présent, le 16FF+. Jusqu’à présent, TSMC annonce avoir dix-huit clients utilisant effectivement ce processus, une cinquantaine de produits différents devraient sortir des usines d’ici la fin de l’année, pour des applications aussi diverses que des puces mobiles, des processeurs pour serveur, équipement réseau, graphismes, cryptomonnaies ou encore intelligence artificielle.
La technologie 7 nm succède ainsi très rapidement au 10 nm, qui n’était pas prévu pour durer : seule une poignée de clients l’a utilisé pour certaines applications spécifiques, notamment les puces mobiles. En effet, les gains n’étaient pas assez importants pour justifier l’adaptation ou le développement de conceptions de puces pour ce processus. La chose est inversée avec le 7 nm.
D’un point de vue technique, le 7 nm de 2018 utilisera toujours les techniques habituelles de fabrication des puces, c’est-à-dire la lithographie à ultraviolets profonds (avec une longueur d’onde de 193 nm). En d’autres termes, il ne s’agit pas d’un énorme investissement pour passer à la production de 7 nm. Cependant, les temps de production s’allongent fortement : par des techniques d’exposition multiple, il est possible de dessiner très précisément des transistors sur du silicium (ce que font tous les fabricants de semi-conducteurs actuellement).
L’année prochaine viendra la seconde génération de ce processus : le 7FF+ utilisera plutôt la technique des rayons ultraviolets extrêmes. La densité de transistors devrait augmenter de vingt pour cent et la consommation électrique de dix pour cent (à complexité et fréquence égales) par rapport au 7FF de base. Les prototypes de puces sont encourageants : le taux de rebut et la performance sont améliorés par rapport au 7FF sur une puce standard (une mémoire statique de 256 Mo). La production en volume devrait arriver mi-2019. En 2020, la production en 5 nm pourrait débuter, toujours avec ces rayons ultraviolets extrêmes.
Tout ceci laisse quelque peu rêveur, quand on pense aux difficultés d’Intel pour la mise en production de son procédé en 10 nm. L’écart entre les deux firmes n’est pas aussi grand qu’il n’y paraît : les nomenclatures en nanomètres sont purement marketing ; en réalité, le 7FF de TSMC est proche des annonces d’Intel pour son processus 10 nm. Après plus de deux décennies de suprématie (Intel a toujours été plusieurs années en avance sur la concurrence à ce niveau), on dirait bien qu’il faudra partager la place de leader.
Source : TSMC Kicks Off Volume Production of 7nm Chips.
