La course folle de la production de puces

2024/06/01 Leturia Azkarate, Igor - Informatikaria eta ikertzaileaElhuyar Hizkuntza eta Teknologia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Nous sommes entourés d'appareils électroniques tels que les téléviseurs, les ordinateurs ou les téléphones mobiles, et beaucoup d'autres ont un composant électronique. Les circuits électroniques initiaux contenaient des diodes, des résistances, des condensateurs, des transistors, etc. soldats sur une carte de circuit imprimé, comme restent les circuits électroniques de certains dispositifs remplissant des fonctions simples. Toutefois, les plus couramment utilisés à l’heure actuelle sont les puces ou circuits intégrés (circuits électroniques miniaturisés réalisés dans un matériau semi-conducteur, généralement du silicium) et, principalement, ceux du type MOS, composés de beaucoup de petits transistors de type MOSFET. Il existe différents types de puces ou de circuits intégrés, tels que les microprocesseurs (composant principal et contrôleur des ordinateurs), les mémoires, les microcontrôleurs (composants principaux de l'ordinateur, c'est-à-dire le microprocesseur et la mémoire sur une seule puce), les GPU (unités de traitement graphique), les ASIC (circuits intégrés pour applications spécifiques), SoC (un ordinateur complet, y compris les périphériques, sur une seule puce).

Plus puissant, plus nécessaire, plus difficile

Depuis l'apparition des puces de type MOS, les avancées technologiques dans leur production ont permis aux transistors MOSFET de devenir de plus en plus petits et donc de devenir de plus en plus transistors aux puces de même taille, permettant ainsi aux puces d'effectuer des tâches plus complexes et plus rapides. Cette avancée technologique a suivi la loi dite de Moore: Gordon Moore, fondateur de l'entreprise Intel, a déclaré en 1965 que le nombre de puces transistors doublerait chaque année et en 1975, il l'a corrigé en disant qu'il doublerait tous les deux ans. Et bien qu'il s'agisse d'une projection d'avenir basée sur l'observation empirique des tendances passées que la loi, et bien qu'il soit dit depuis longtemps qu'à mesure que nous approchons de la limite de la taille moléculaire, son accomplissement sera de plus en plus difficile, il reste étonnamment rempli presque 50 ans plus tard, comme on peut le voir sur le graphique (il se trouve à l'échelle logarithmique, de sorte que la croissance réelle est exponentielle au lieu de linéaire).

Et le besoin de puces plus puissantes s'est accru dans le même ou dans une plus grande mesure: nous avons tous été témoins de l'évolution étonnante des ordinateurs et des téléphones mobiles, qui sans l'évolution des puces n'aurait pas été possible; l'évolution et les réalisations des dernières années d'intelligence artificielle ont également été possibles grâce aux UGPU (conçus pour les jeux vidéo et la rendu des images 3D à l'origine bien adaptées). Et comme l'utilisation de ce type d'appareils a augmenté régulièrement, la demande de puces a également augmenté.

Cependant, cette diminution constante de la taille des transistors rend la fabrication de puces extrêmement difficile. Aujourd'hui, sur une puce, des milliards de transistors entrent, et chacun d'eux a une taille de quelques nanomètres. Les machines de production de ces semi-conducteurs doivent donc être très précises, évitant pratiquement toute influence extérieure. La salle de production doit être complètement propre (elle ne peut pas avoir la plus petite particule de poussière, elle est beaucoup plus grande qu'un transistor et peut empêcher une puce complète), la vibration la plus faible doit être évitée (pas seulement les micro-séismes: le moteur des voitures de rue ou les passages des travailleurs peuvent également avoir une influence très négative), la température et l'humidité doivent être maintenues dans des espaces très restreints et contrôlés et il ne peut y avoir aucune électricité statique. Les puces sont imprimées sur des plaquettes électroniques par des techniques telles que la photolithographie.

Les producteurs sont rares et éloignés, puis vous mangerez...

Dans le même temps, la tendance de l'ensemble de l'industrie ces dernières années, poussée par la mondialisation, a été la délocalisation de la fabrication vers des pays plus économiques et le maintien en occident des travaux de white collar ou de bureau, comme c'est également le cas pour la fabrication de puces. Par conséquent, les entreprises qui peuvent aujourd'hui construire des puces semi-conducteurs sont calculables avec les doigts de la main, et moins celles des dernières générations (transistors de 8 nanomètres ou plus petits, aujourd'hui se trouvent autour de 3 ou 2): le plus important est le TSMC de Taiwan, avec plus de 90% de ces puces; il fait aussi des Coréens de Samsung, mais principalement des puces de mémoire, dans certains. D'autres fabricants de puces (Nvidia, ARM, Apple...) commandent les semi-conducteurs sur l'un de ces produits. Il existe d'autres fabricants de semi-conducteurs, mais ils n'atteignent pas des tailles aussi petites et fabriquent des puces pour des dispositifs moins exigeants.

C'est-à-dire que la plupart des meilleures puces ne sont réalisées que dans deux entreprises de deux pays asiatiques; aux États-Unis (pas du tout suffisant pour répondre à vos besoins) en Europe (la seule entreprise qui peut faire le type de photolithographie nécessaire pour faire les puces les plus avancées, ASML, même si elle est aux Pays-Bas)... Mais les ordinateurs ou l'intelligence artificielle et, par conséquent, la production de puces ne peut pas manquer de compréhension. Ils se sont bien repentis quand ils ont subi leurs conséquences! Lorsque les fermetures par pandémie de COVID-19 ont entraîné des restrictions dans la fabrication et le transport des puces, des arrêts – voire des fermetures – se sont produits dans l’industrie automobile du monde entier. Et il y a toujours un risque que des situations similaires se reproduisent à cause d'autres causes, que ce soit par des catastrophes naturelles (le tremblement de terre de Taiwan en avril, en plus du sol, ou par de nombreux gouvernements et entreprises du monde) ou par des conflits géopolitiques.

Maintenant, la course pour la capacité de production

Ces derniers temps, avec l'expérience accumulée, de nombreux pays semblent être en pleine querelle pour un approvisionnement assuré en puces par la construction d'usines de semi-conducteurs ou d'autres mesures. Les États-Unis, par exemple, ont interdit de vendre des puces en Chine en 2022 à des entreprises comme Intel, Nvidia, et ils poussent d’autres pays à faire de même, comme la Corée du Sud, pour lutter contre la pénurie de puces provoquée par la pandémie et, au passage, pour affaiblir la concurrence de l’industrie d’un pays qui s’oppose économiquement. Déjà en 2018, il avait interdit aux institutions gouvernementales d'utiliser des dispositifs fabriqués en Chine (Huawei, ZTE...).

Mais surtout EE.UU. et de nombreux autres pays encouragent la production de puces sur leurs terres, ce qui n'est pas facile en raison de la complexité des puces: le coût de la construction d'une nouvelle usine de production de semi-conducteurs est de plusieurs milliards de dollars (les numéros 1 à 20 sont mentionnés), et ce n'est pas quelque chose qui est construit et obtenu rapidement; c'est un processus d'années.

Toutefois, certains gouvernements ont lancé de nouvelles lois, des plans ambitieux et de grands investissements au cours des deux ou trois dernières années. En 2022, EE.UU. Il a adopté la loi CHIPS and Science Act et l’European Chips Act dans le but de stimuler la production de puces et d’importantes positions monétaires. Et en 2023 et 2024, le TSMC a lancé la construction d'usines de production en Allemagne, au Japon ou aux États-Unis, et dans ce dernier, Samsung, avec des offres et des subventions des autorités locales. La Corée du Sud a lancé un plan de 470 milliards de dollars pour la construction de nouvelles usines de semi-conducteurs. L'Inde a lancé un plan pour avoir des usines de production de puces en 5 ans. Sam Altman, chef de la société OpenAI, espère obtenir 7 milliards (oui, des milliards) pour construire de nombreuses puces de sources privées. Une prétention très ambitieuse, mais peu réaliste...

Paradoxalement, la Chine a pour le moment obtenu les meilleurs résultats dans la production de puces avancées. Depuis 2015, la loi Made in China 2025 et ses investissements sont en cours et le veto n’a pas laissé d’autre choix. Et la Chine a un muscle économique, une population et une attitude pour faire face à des défis aussi difficiles. Ainsi, en très peu de temps, la société SMIC de propriété semi-publique a acquis l'année dernière la capacité de faire des puces de 7 nanomètres et continue de s'améliorer.

Nous allons certainement lire au cours des prochains mois et des années de nombreuses nouvelles sur cette carrière passionnante qui tente de tourner à la concentration incompréhensible de la capacité de fabrication des puces.