Alors que la loi de Moore, qui régit la progression des puces depuis plus de 60 ans, semble atteindre ses limites, Intel continue à croire dur comme fer en sa longévité. Le champion américain des semi-conducteurs se montre confiant dans sa capacité à la perpétuer au-delà de 2025. Une conviction étayée par la présentation à la conférence IEDM (International Electron Devices Meeting), qui se déroule à San Francisco, aux Etats-Unis, du 11 au 15 décembre 2021, de quelques-unes des pistes de R&D sur lesquelles il mise.
Enoncée en 1965 par Gordon Moore, l’un des trois cofondateurs d’Intel, la loi de Moore prévoit le doublement de la densité des puces électroniques à coût identique tous les deux ans. Le roi des microprocesseurs de PC et serveurs l’a incarnée pendant près de 45 ans avant de se faire dépasser, au milieu des années 2010, par les deux plus grands fondeurs de puces au monde : le taiwanais TSMC et le sud-coréen Samsung. Alors qu’il se limite aujourd’hui à la production de la technologie de 10 nanomètres, ses deux rivaux technologiques en sont à 5 nanomètres. Ce qui le met en retard d’une génération technologique puisque sa technologie de 10 nanomètres est considérée comme équivalente en densité à celles de 7 nanomètres de TSMC et Samsung.
Miniaturisation du transistor
Pat Gelsinger, qui a pris les commandes d'Intel en février 2021 à la place de Bob Swan, jure de restaurer le leadership technologique du groupe californien. Il promet d’atteindre la parité technologique en 2024 avec TSMC et Samsung, puis de prendre en 2025 la tête de la course de la loi de Moore. Pour y parvenir, il a décidé à la fois d’accélérer sa R&D et d’entrer dans les services de fonderie de puces, un marché dominé aujourd’hui à plus de 55 % par TSMC selon le cabinet Counterpoint. Grâce à cette diversification dans la fonderie de puces, il espère accéder aux gros volumes nécessaires pour mettre au point plus vite ses procédés de fabrication.
Intel continue de miser sur la miniaturisation pour empiler toujours plus de transistors dans la même surface de silicium. Sa feuille de route, annoncée en juillet 2021, établit les prochaines étapes de progression en production : Intel 7 au premier trimestre 2022, Intel 4 au second semestre 2022, Intel 3 au second semestre 2023 et Intel 20A en 2024, suivi du développement en 2025 de la technologie Intel 18A. Finies les dénominations commerciales en nanomètres. Pour éviter la confusion avec TSMC et Samsung, Intel ouvre la voie à partir de 2024 à l’ère de l’angström, une unité de mesure dix fois plus petite que le nanomètre. Ses recherches prospectives montrent comment de nouveaux matériaux de quelques atomes d'épaisseur seulement peuvent être utilisés pour réaliser des transistors qui dépassent les limites des produits conventionnels en silicium.
Pari sur les technos d'interconnexion 3D
Intel a été le premier fabricant au monde à passer en 2013 au transistor FinFET (à structure 3D en remplacement du transistor traditionnel à structure planaire) pour poursuivre la miniaturisation sans augmenter les pertes et l’échauffement. Il prévoit de changer à nouveau en 2024 en passant au transistor GAA (à structure à nanofeuilles) au nom propriétaire RibbonFET. Parallèlement à la miniaturisation du transistor, il parie sur son avance dans les technologies d’interconnexion et de packaging. C’est dans ce domaine qu’il a présenté une technologie d’empilage 3D susceptible d’améliorer la densité d'interconnexion par un facteur supérieur à 10 lors du packaging des composants.
Les chercheurs d’Intel travaillent également à l’adjonction de fonctions de puissance en nitrure de gallium à la puce en silicium, ce qui ouvrirait la voie à une alimentation électrique à faible perte et à haute vitesse des processeurs tout en réduisant simultanément la taille des composants et l'espace occupé sur la carte mère. Leurs travaux visent aussi l’intégration de mémoire Dram à faible latence de lecture et écriture grâce à l’utilisation de nouveaux matériaux ferroélectriques. Autant de pistes qui visent à faire ace à la complexité croissante des systèmes de calcul, des jeux à l'IA.
Travaux sur la spintronique
A plus long terme, Intel explore la piste de la spintronique, qui consiste à utiliser les propriétés quantiques de l’électron pour construire des commutateurs plus petits, plus rapides et plus sobres que les transistors Mosfet actuels. À l'IEDM 2021, Il a présenté la première réalisation expérimentale au monde d'un dispositif logique magnétoélectrique à orbite de spin (MESO) à température ambiante, qui laisse présager la réalisation d'un nouveau type de transistor basé sur la commutation d'aimants nanométriques. Ce développement est mené en partenariat avec l’Imec, l’institut de recherche microélectronique à Louvain, en Belgique, considéré comme l’un des trois centres d’excellence européens dans la nanoélectronique aux cotés du CEA-Leti, en France, et de l’Institut Fraunhofer, en Allemagne.
