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Le 3 et 2 nm pour bientôt certes, mais sous quelle forme ?

Ces derniers temps, chaque région géographique commence à annoncer la prise en charge de projets portant sur la production de puces de nouvelle génération, notamment en 3 nm chez les Américains - en partenariat avec Samsung - ou en 2 nm chez les Européens, et probablement que d'autres annonceront d'ici peu leurs ambitions à ce sujet. Voir un tel engouement de la part des États envers l'industrie électronique peut être signe de l'importance accordée à ce domaine ou des besoins d'indépendance vis-à-vis de certains acteurs sur le marché, toutefois ce ne sera pas le débat du jour. En effet, il est nécessaire tout d'abord de rappeler que si de loin cela semble juste à la classique course du kikimètre à celui qui a la plus petite - taille de gravure bien entendu -, il faut se souvenir que derrière, cela demande pas mal d'évolutions techniques avant de voir des productions de masse du 3 et 2 nm.

 

L'EUV et l'optimisation des masques

Le passage à la gravure par ultraviolet, appelé EUV, est un acteur essentiel à la miniaturisation des puces. Déjà employé pour les puces en 5 nm, celui-ci permet notamment d'améliorer le rendement et la qualité grâce à une optimisation du nombre de masques nécessaire, donnant des galettes mieux gravées et plus fidèles aux prévisions. Cependant, la technologie n'en est qu'à ses débuts, et les machines ne sont pas encore majoritaires dans les usines du domaine, avec des outils de développement qui sont encore en phase préliminaire pour le routage des puces.

 

tsmc immersion vs euv

 

Il y a donc fort à parier que dans un premier temps, les futurs nodes seront - tout comme aujourd'hui - utilisés d'abord pour des petits dies ou des circuits spécialisés, limitant leur utilisation dans l'industrie de l'ordinateur et des composants hardware. Il est fort probable qu'à l'instar du 7 nm, le 5 nm soit majoritairement utilisé durant les 3 prochaines années dans notre secteur, le temps d'obtenir suffisamment de machine en EUV et de rendement optimal sur des grands dies.

 

Changement de transistors : GAAFET et FD-SOI

Il s'agit là d'une des avancées majeures pour le passage au 3 nm et plus encore : revoir la construction des transistors et pouvoir remplacer l'actuel FinFET. Celui-ci commence à avoir un peu d'âge, et son architecture n'est pas la plus efficace sur les gravures en dessous des 3 nm, la construction de la source verticale devenant plus compliquée. Afin de pallier à ce problème, une nouvelle structure est proposée : les transistors nanowire et nanosheet, et plus précisément le GAAFET, qui est largement mis en avant actuellement par Samsung ou par Intel, qui en fait son poulain pour le 3 nm.

 

gaafet samsung

 

La technologie permet de transformer le canal en une multitude de couches plus ou moins larges de semiconducteur, en laissant la grille complètement entourer ce canal, augmentant de ce fait les jonctions entre les deux électrodes du transistor tout en réduisant la taille du canal. Les avantages majeurs seraient une plus grande fiabilité sur les gravures les plus fines et une tension de seuil plus faible, atteignant les 0,3 V. Nous devrions donc avoir des transistors moins gourmands en énergies, permettant d'optimiser un peu plus les températures, puissances ou fréquences selon les besoins et les goûts.

 

Du côté européen, c'est la technologie FD-SOI qui fait ses débuts dans le domaine des puces de basse consommation, qui propose tout aussi de belles promesses sur le papier : tension de seuil plus faible que les FinFET, coûts de production plus faible et une fréquence de coupure deux fois plus élevée, de quoi faire rêver. Or, le projet d'une industrie électronique purement basée sur le vieux continent n'en est qu'à ses débuts, il faut voir quels seront les choix tehcnologiques utilisés - le FD-SOI se limitant encore à des tailles de gravures loin des 2 nm - et entre les promesses et la réalisation, il reste du temps et surtout un fossé sur le résultat final, à voir d'ici quelques années le résultat.

 

Vers de nouveaux matériaux

Le dernier grand point pour l'évolution de nos puces afin d'obtenir le meilleur lors du passage au 3 et 2 nm sera de revoir les matériaux employés pour la construction des éléments électroniques. Actuellement, le silicium domine pour les semiconducteurs, mais la forme employée actuellement n'est pas la plus efficace en matière de consommation électrique ou de rapidité de commutation. En passant à une technologie de matériaux dits à haute mobilité - ou HMC, pour High Mobility Channel - pour la construction de certaines électrodes, il reste possible d'augmenter les fréquences de fonctionnement des puces tout en abaissant la tension de seuil.

 

hmc finfet tsmc

Comparaison des courants admissibles entre un canal en silicium pur et en un autre en HMC.

 

Renforcée par les améliorations que proposent les transistors en nanosheet, nanowire ou FD-SOI, ce changement de matériau permettrait d'obtenir de vraies améliorations - et un fossé considérable - vis-à-vis des générations précédentes de puces. Restons tout de même sur nos gardes à l'heure actuelle : pour l'instant, seuls des procédés en prototype sont réalisés, et il n'est pas impossible que des difficultés se montrent lors des tentatives de productions de masse. De plus, ces évolutions sont surtout plus prioritaires pour le marché de la faible consommation d'énergie et du mobile, comme le montre le dernier contrat entre Apple et TSMC sur le 5 nm. De belles avancées et de belles promesses certes, mais pensez bien à attendre encore quelques années avant de voir ces technologies arriver dans nos cartes graphiques ou CPU, à moins que le marché et la science évoluent d'ici là.

Un poil avant ?

Un boitier-chaussure proposé par la collaboration entre Artifact Studio et NZXT

Un peu plus tard ...

Live Twitch • Un chauve à Dubaï (Hitman 3)

Les 18 ragots
Les ragots sont actuellement
ouverts à tous, c'est open bar !
par Herman59000, le Lundi 08 Février 2021 à 00h11  
intéressant
Message de Une ragoteuse à forte poitrine en Auvergne-Rhône-Alpes supprimé par un modérateur : Il existe un bouton signaler pour les erreurs, et c'est corrigé. Par contre désolé, non la source ne vient pas du site mentionné, dommage
par Un champion du monde embusqué, le Mercredi 27 Janvier 2021 à 00h17  
Je pense qu'on va bientôt avancer jusqu'au 3 nm sans trop d'encombre, mais après, cela sera plus dur pour passer en 2 nm car beaucoup de choses doivent être changé pour éviter les fuites, et plusieurs problèmes majeures lié à cette finesse, changement de matériel et de façon de graver, etc, la liste est longue. D'ailleurs même tmsc prévoirait au moins 2 ans voir plus pour passer à plus petit que le 3 nm, on aura donc une pose pendant un moment je pense au 3 nm.Le 3 nm se profile suivant les fondeurs et fabricants de processeur aux alentours de 2024-2025 si pas de problème.Maintenant on aimerait tous avoir de la disponibilité produits d'ici 2022 déjà, je prévois large, ce serait bien.
par Un adepte de Godwin en Neuchâtel, le Mardi 26 Janvier 2021 à 23h12  
C'est vrai
par Un ragoteur blond en Auvergne-Rhône-Alpes, le Mardi 26 Janvier 2021 à 22h39  
par Un adepte en Neuchâtel, le Mardi 26 Janvier 2021 à 21h41
Euh oui tesla perd de l'argent donc aller les entreprise peuvent toute
vendre à perte et il y a pas de problème? T'es sûr de ce que tu
dit? MDR
Quand les investisseur se seront barré tu rigoleras moins et tu reviendras
sur du concret pour évaluer le prix des tes produit ( -> coût de production).
Je n'ai jamais dit que vendre à perte était une activité lucrative ou
soutenable mais tes propos laisse à penser qu'il est impossible de vendre
à perte sans faire faillite, hors les faits montrent qu'il est possible
de vendre à perte pour tuer toute concurrence (cf. PS3 et la guerre des
médias HD) et faire des profits par d'autres moyens (e.g. royalties sur
les jeux).
par Un ragoteur blond en Auvergne-Rhône-Alpes, le Mardi 26 Janvier 2021 à 22h30  
par Guillaume L., le Mardi 26 Janvier 2021 à 19h01
D'accord, mais tu peux nous donner la sauce mon cher ?
Parce que bon, c'est bien joli d'être aussi incisif envers la plupart des
gens, mais appuie tes arguments de source, ça serait plus sympa et instructif
que le doigt mouillé
 

Consequently Samsung's 7LPP process can reduce the total number of masks by
about 20% compared to non-EUV process, enabling customers to save time and
cost.



source: Samsung


 

Intel has EUV systems running with power sources that range from 205W to 285W.
At the level of the wafer "they are all giving the same power because of the
collector...[but] wafer power changes day by day as the collector degrades,"
she said.

Again, the good news is "there's a clear line of sight to [ASML's] target of
driving exposure source power and downtime [by] doing collector replacement...
There's a fixed overhead removing and replacing the collector and bringing
the system back up and reducing the contamination rate--ASML is making great
progress," she added.



[url=https://www.eetasia.com/euv-ready-but-still-has-its-challenges/]un petit lien tout mignon

[/url]

Bref, d'un côté on économise sur les masques mais de l'autre le miroir
collecteur de source EUV se dégrade si bien qu'il faut le remplacer...
un bon business pour ASML pour sûr!
par Un adepte en Neuchâtel, le Mardi 26 Janvier 2021 à 21h41  
par Un ragoteur qui aime les BX en Auvergne-Rhône-Alpes, le Mardi 26 Janvier 2021 à 18h28
Tesla cumule les pertes depuis des années pourtant...

Manifestement tu ne comprends pas le fonctionnement d'une entreprise
et des engagements financiers correspondants (cf. maturité des obligations).
Euh oui tesla perd de l'argent donc aller les entreprise peuvent toute vendre à perte et il y a pas de problème? T'es sûr de ce que tu dit? MDR
Quand les investisseur se seront barré tu rigoleras moins et tu reviendras sur du concret pour évaluer le prix des tes produit ( -> coût de production).
par Guillaume L., le Mardi 26 Janvier 2021 à 19h01  
D'accord, mais tu peux nous donner la sauce mon cher ?
Parce que bon, c'est bien joli d'être aussi incisif envers la plupart des gens, mais appuie tes arguments de source, ça serait plus sympa et instructif que le doigt mouillé
par Un ragoteur qui draille en Auvergne-Rhône-Alpes, le Mardi 26 Janvier 2021 à 14h23
L'EUV permet de réduire certains coûts de production comme le nombre de
masques nécessaires à la gravure néanmoins l'EUV augmente aussi les coûts
de production liés à la durée de vie d'une source EUV.

Ainsi, il n'est pas garanti que la résultante de la gravure sous EUV puisse
apporter un réel bénéfice à la production.

Par ailleurs, il n'existe aucune corrélation entre les coûts de fabrication
(cf. foncier, main d'oeuvre, etc) et les prix de commercialisation
(cf. concurrence, offre/demande, etc).
par Un ragoteur qui aime les BX en Auvergne-Rhône-Alpes, le Mardi 26 Janvier 2021 à 18h28  
par Un adepte en Neuchâtel, le Mardi 26 Janvier 2021 à 18h00
N'importe quoi
Que les coût de production ne soit pas la seule chose qui entre en ligne
de compte oui, mais tu ne peux pas les balayer comme ça. En-dessous d'un
certains prix c'est la faillite.
Tesla cumule les pertes depuis des années pourtant...

Manifestement tu ne comprends pas le fonctionnement d'une entreprise
et des engagements financiers correspondants (cf. maturité des obligations).
par Un adepte en Neuchâtel, le Mardi 26 Janvier 2021 à 18h00  
par Un ragoteur qui draille en Auvergne-Rhône-Alpes, le Mardi 26 Janvier 2021 à 14h23
Par ailleurs, il n'existe aucune corrélation entre les coûts de fabrication
(cf. foncier, main d'oeuvre, etc) et les prix de commercialisation
(cf. concurrence, offre/demande, etc).
N'importe quoi
Que les coût de production ne soit pas la seule chose qui entre en ligne de compte oui, mais tu ne peux pas les balayer comme ça. En-dessous d'un certains prix c'est la faillite.
par Un ragoteur qui draille en Auvergne-Rhône-Alpes, le Mardi 26 Janvier 2021 à 14h23  
par Guillaume L., le Mardi 26 Janvier 2021 à 07h51
L'emploi de l'EUV devient majoritaire sur le 5 nm, ce qui permet de réduire
les coûts de production sur le long terme en obtenant des dies mieux gravés
et moins chers.
L'EUV permet de réduire certains coûts de production comme le nombre de
masques nécessaires à la gravure néanmoins l'EUV augmente aussi les coûts
de production liés à la durée de vie d'une source EUV.

Ainsi, il n'est pas garanti que la résultante de la gravure sous EUV puisse
apporter un réel bénéfice à la production.

Par ailleurs, il n'existe aucune corrélation entre les coûts de fabrication
(cf. foncier, main d'oeuvre, etc) et les prix de commercialisation
(cf. concurrence, offre/demande, etc).
par Guillaume L., le Mardi 26 Janvier 2021 à 07h51  
par Duncan, le Mardi 26 Janvier 2021 à 06h56
Je ne sais pas si qqun sait exactement à quoi est due cette pénurie, mais si le rendement des process est incriminée, parler de gravures plus fines me parait en effet prématuré...
La pénurie est due à tellement de facteurs différents que tous les alignés serait long et pas forcément très objectif, mais bon quitte à en citer : pandémie, hype prématurée, process pas toujours optimisé, sur-utilisation de certains composants (mémoire ou puces d'alimentation) dans tous les secteurs, changements fréquents de technologie... Bref, on a fait quelques billets qui résument les problèmes purement techniques, toutefois on voit que l'organisation et les événements quotidiens jouent.

Alors pourquoi passer à de nouvelles générations alors ? Tout simplement parce que oui ça vend du rêve, mais pas uniquement sur le plan technique : l'efficacité de la production. L'emploi de l'EUV devient majoritaire sur le 5 nm, ce qui permet de réduire les coûts de production sur le long terme en obtenant des dies mieux gravés et moins chers.

Un autre point est la production des puces par chiplets : il sera possible d'améliorer les coûts et la fabrication en séparant les unités nécessitant réellement d'une gravure plus fine, et d'utiliser des process moins performants pour les unités moins sensibles (I/O, accélérateur asynchrone, décodage matériel...).

Cependant, il faudra attendre la génération suivante, ou encore après, car celles qui viennent de sortir servent plus de transition ou de vie des méthodes actuelles