Le verre, l’un des plus anciens matériaux connus de la civilisation humaine, pourrait écrire en partie le futur des semi-conducteurs. Intel compte en effet l’utiliser pour produire et commercialiser, au cours de la deuxième moitié de la décennie, des substrats en verre - le substrat étant cette interface qui assure les connexions entre la puce et le reste du circuit électronique, en l’occurrence la carte-mère.
L’annonce a été faite durant une présentation préliminaire le 14 septembre 2023, en amont de l’évènement Intel Innovation, qui se déroule à San Jose (Etats-Unis) les 19 et 20 septembre 2023. Cette technologie permettra à cette industrie de « poursuivre la mise à l’échelle (des transistors) et de proroger la loi de Moore », a indiqué Rahul Manepalli, en charge de l’ingénierie des substrats chez Intel. Le géant du processeur travaillerait sur le sujet depuis une décennie.
Intel s’était fendu de quelques informations au printemps dernier, mais a livré plus de détails cette fois. Selon Rahul Manepalli, l’arrivée de substrats de verre dans les packagings (enveloppes ou conditionnements) de processeurs apportera les gains de performance et de densité qui répondront aux besoins toujours croissants de l’IA et des datacenters.
Meilleur que le substrat organique
L’idée est d'exploiter les « propriétés mécaniques, thermiques et optiques » supérieures du verre pour « accueillir plus de transistors » et « regrouper davantage de chiplets (les puces, au lieu d’être monolithiques, se désagrègent en plusieurs circuits aux fonctions distinctes, ndlr) sur de plus petites surfaces. »
D’après la feuille de route d’Intel, le substrat en verre pourrait ainsi concurrencer le substrat dit « organique », typiquement fabriqué à partir de résines epoxy et de fibres de verre, apparu au cours des années 2000 pour mettre fin au règne du substrat en céramique.
Durant sa présentation, Rahul Manepalli a décrit les atouts du substrat en verre, à savoir de la silice (SiO2), comparé au substrat organique. C’est un matériau homogène, non composite, dont le coefficient d’expansion thermique et la stabilité dimensionnelle sont proches de ceux du silicium, par exemple.
Cette meilleure stabilité thermique permettrait d’agrandir la taille des packagings (Intel évoque 240x240 mm) et de les complexifier, avec un substrat qui bénéficie en plus d’une excellente planéité.
Par ailleurs, la densité des « vias » traversant le verre, connections reliant électriquement la puce et le reste du circuit, pourrait être multipliée par dix. Ce qui, couplé au caractère électriquement isolant du verre, promet des débits de 448 Gbits/s, sans qu’il soit nécessaire de basculer vers des connexions optiques plus complexes et coûteuses à produire.
Intel Ce panneau recouvert de substrats en verre est sorti d'une ligne R&D implantée à Chandler, dans l'Arizona.
Intel a investi plus d’un milliard de dollars dans une ligne de recherche et de développement consacrée à cette technologie, située à Chandler en Arizona. Un premier démonstrateur fonctionnel regroupe plusieurs puces dans un même package et contient des vias de 75 micromètres de long, ainsi que trois circuits électriques qui redistribuent le signal en-dessous et au-dessus du substrat.
Le substrat de verre est voué à compléter l’offre actuelle d'Intel en matière de packaging. Dont la dernière, Foveros Direct, qui repose sur le collage hybride 3D (interconnexions directes de cuivre à cuivre) et qui équipera ces prochains mois Meteor Lake, la 14e génération des processeurs Core d’Intel.
En complément d’Intel, le coréen SKC avait annoncé dès 2021 la commercialisation de substrats en verre et construit actuellement une usine dédiée en Géorgie (Etats-Unis). Le japonais Dai Nippon Printing a également dévoilé une technologie similaire en mars dernier.
