Le verre, un matériau banalisé, pourrait devenir la solution miracle au ralentissement de la loi Moore. Intel y croit dur comme fer. Le géant américain des semi-conducteurs, roi des microprocesseurs au cœur des PC, serveurs et supercalculateurs, pense en faire le support de composants multi-puces plus denses et plus performants que ceux actuels qui reposent sur un substrat organique à base de plastique.
« Cela fait une dizaine d’années que nous travaillons avec nos partenaires dans les matériaux et les équipements de production sur ce développement, affirme Rahul Manepalli, directeur de recherche et d’ingénierie sur les substrats des composants multi-puces chez Intel. Nous avons déjà réalisé un composant de test à deux puces. Les tests confirment nos attentes en termes de gains de densité et de performances. L’innovation est désormais prête à un passage en production de série. Elle va marquer les composants que nous proposerons au cours de la deuxième moitié de cette décennie à des applications à hautes performances comme le calcul intensif, le traitement graphique, les datacenters ou encore l’intelligence artificielle. » Une ligne de production pilote et de test est déjà en place sur le site industriel du groupe à Chandler (État de l’Arizona), aux États-Unis, pour un investissement de 1 milliard de dollars.
Un composant multi-puces combine plusieurs puces dans le même boîtier d’encapsulation. Tout est fait pour qu’il ait l’apparence et soit traité sur la carte électronique comme une seule puce électronique. Par rapport à la solution classique consistant à monter séparément les différentes puces sur le circuit imprimé, il réduit l’encombrement et la consommation d’énergie tout en boostant les performances (vitesse des signaux). Ce mode d’intégration constitue une voie intéressante pour augmenter la densité et les performances des circuits intégrés numériques dans les applications gourmandes en calcul.
+50% du contenu en silicium
Les différentes puces à réunir dans le boitier d'encapsulation doivent être interconnectées sur un substrat. Aujourd’hui, le plastique constitue le matériau de base des substrats les plus courants. Le remplacer par du verre offre l’avantage d’éviter les déformations mécaniques, d’améliorer la tenue en température et de booster les performances. Mais pour Rahul Manepalli, son principal atout est d’augmenter la densité. « Il ouvre la voie à des interconnexions plus fines, explique-t-il. Il devient possible de mettre dix fois plus d’interconnexions dans le même espace et jusqu’à 50 % de plus de fonctions en silicium. On peut réaliser ainsi des composants plus puissants et plus grands atteignant de la taille d’un pavé de 240 x 240 mm. A l’horizon 2030, on pourra envisager des composants multipuces réunissant 1 000 milliards de transistors.»
Mais le verre a aussi ses défauts. Il est fragile et peut casser. Il est aussi plus lourd que le plastique. Enfin, son utilisation comme substrat rend les composants multipuces plus chers, du moins aujourd’hui, concède Rahul Manepalli. « Mais, avec la réduction du nombre de couches d’interconnexion, son coût devrait devenir comparable à celui des composants multipuces sur substrat organique traditionnel », prévoit-il. Son surcoût vient du fait que sa composition a été spécialement optimisée par le verrier partenaire d’Intel pour offrir les propriétés électriques et mécaniques exigées par cette application, et des précautions mises en œuvre pour le protéger contre le risque de casse.
Vers des interconnexions optiques
Rahul Manepalli se met à rêver du remplacement des liaisons électriques par des liaisons optiques dans les interconnexions à l’intérieur des supercaculateurs ou des datacenters. Quoi de mieux que le verre pour faciliter cette transition ? « Ce substrat facilite la connexion à des émetteurs-récepteurs optiques avec l’intégration par exemple de guides d’onde dans le verre, note-t-il. De même, il sera possible d’intégrer des composants passifs comme les capacités ou les inductances. »
L’innovation d’Intel s’annonce prometteuse. Le groupe de San José veut en faire un atout dans son offensive dans la fonderie de puces et une arme contre le taiwanais TSMC et le sud-coréen Samsung, qui détiennent aujourd’hui le monopole de la gravure en 5 et 3 nanomètres, alors qu’il débute tout juste la génération de 7 nanomètres. Jouer la carte du verre dans l’encapsulation de composants multi-puces est un moyen détourné d’avancer plus vite dans la course de la loi de Moore.
