La conception des puces a nécessité ces dernières années de repousser ou contourner des barrières imposées par la physique. L’augmentation de la puissance des puces, qui va encore s’accélérer avec l’explosion de la demande concernant l’IA, fait que les fabricants sont en train de toucher du doigt les limites des substrats utilisés actuellement. Pour faire simple, le substrat est la partie (généralement verte) où repose le die d’une puce. Actuellement il est composé de résine organique de type époxy. Devant l’augmentation de la taille et de la consommation des puces, le substrat actuel commence à transpirer (presque au sens littéral du terme). Concrètement, il se déforme sous le poids et la densité des nouvelles puces. Il touche ses limites en matière de connexions électriques alors que justement l’empilement des puces augmente ce besoin. Il souffre aussi de l’augmentation des températures imposée par les nouvelles puces. Celles-ci doivent donc être contrôlées grâce à une gestion thermique dynamique (thermal throttling). Quand il y a surchauffe, les performances de la puce doivent être réduites. On arrive donc à un point de faiblesses des substrats actuels : la puce ne peut maintenir des performances optimales que pendant une durée limitée.
Packaging et verre
Le substrat est donc au cœur d’une sous activité obscure dont on parlait peu il y a encore quelques années : le packaging. Le packaging est devenu essentiel car c’est lui qui permet de dépasser, de contourner ou de hacker la loi de Moore. C’est lui qui permet d’empiler de plus en plus de puces ou chipsets. Mais quel rapport avec le verre me direz vous ?
- Le passage à un substrat en verre permet d’augmenter considérablement la température à laquelle le circuit imprimé peut résister. La puce peut donc maintenir des performances optimales pendant une période plus longue.
- Le substrat en verre peut être très fin tout en restant rigide et très plat. Ces caractéristiques permettent une gravure plus précise, ce qui peut augmenter la densité des transistors embarqués.
- Le verre transmet l’énergie avec moins de pertes, il permet de disposer de dix fois plus de connexions électriques que les substrats organiques actuels.
Substrats en verre : Intel a les clés
L’information est passée presque inaperçue mais Intel a bien signé un deal avec Nvidia… Une situation étonnante quand on sait l’énergie que dépense Pat Gelsinger pour vendre la pertinence de sa stratégie de retour en force des capacités de productions. Si cet accord fait moins de bruit que celui obtenu pour la fabrication des puces de Microsoft, il est cependant révélateur de l’histoire que nous avons développé plus haut. Le deal signé entre Nvidia et Intel concerne l’utilisation d’Intel Foundry Services pour la production du packaging des GPU H100. Alors certes, Nvidia va continuer à confier 90% du packaging à TSMC mais cette porte entre ouverte n’est pas anodine. Elle prépare sans doute l’avenir.
Intel travaille depuis des années sur les substrats et en a fait un élément clé de sa stratégie. Intel dispose même de plusieurs longueurs d’avances. Après plus d’une décennie de collaborations notamment avec le français Soitec mais aussi avec des universitaires, l’américain a monté un centre de recherche sur le sujet. La force d’Intel c’est que ces toutes dernières années il a fait de ce « laboratoire » géant une chaîne de fabrication opérationnelle. Cette usine de production est localisée à Chandler en Arizona. La ligne de production pilote a coûté près de 1 milliard de dollars. D’après Intel, l’utilisation du verre va commencer sur les puces très haut de gamme pour progressivement se normaliser au cours de la seconde partie de cette décennie.
