Intel, le géant des microprocesseurs, a annoncé l’un des premiers substrats de verre pour l’emballage avancé de la prochaine génération, prévu pour la fin de cette décennie (2030). Cette réalisation révolutionnaire permettra de continuer à augmenter le nombre de transistors dans un boîtier et de faire progresser la loi de Moore pour fournir des applications centrées sur les données.À l’occasion de l’évènement Intel Innovation, Intel a présenté une avancée majeure dans la fabrication des puces électroniques qui lui aura coûté 10 ans en recherche et développement : l’utilisation de substrats en verre, qui vont lui permettre de créer des puces plus denses et plus performantes. L’un des défis qu’il a fallu relever est le fait que le verre casse plus facilement que les substrats actuels.
Intel estime que, d’ici la fin de la décennie, l’industrie des semi-conducteurs atteindra probablement ses limites en matière de capacité à mettre à l’échelle les transistors sur un boîtier de silicium à l’aide de matériaux organiques, qui consomment plus de puissance et présentent des limitations. La mise à l’échelle est, selon Intel, essentielle au progrès et à l’évolution de l’industrie des semi-conducteurs, et les substrats de verre sont une étape viable et essentielle pour la prochaine génération de semi-conducteurs.
L’objectif de cette innovation est alors de contourner les limitations d’ordre physique à l'augmentation du nombre de transistors dans les puces.
Pour mémoire, le substrat est cette interface qui assure les connexions entre la puce et le reste du circuit électronique, en l’occurrence la carte-mère. Il sert à renforcer leur solidité structurelle et à répartir les signaux entre les différents éléments. Aussi, cette innovation vise à dépasser les limites physiques à l’augmentation du nombre de transistors dans les puces.
Les substrats de verre offrent des propriétés distinctives par rapport aux substrats organiques (silicium), tels qu’une planéité ultra-faible et une meilleure stabilité thermique et mécanique, ce qui permet d’obtenir une densité d’interconnexion beaucoup plus élevée dans un substrat (10 fois supérieurs en théorie, les couches étant plus fines). Cela signifie qu’il sera possible d’intégrer plus de chiplets dans moins d’espace, et donc de gagner en performance et en densité. Des avantages qui permettront aux concepteurs de puces de créer des boîtiers de puces à haute densité et à hautes performances pour des charges de travail intensives en données, telles que l’intelligence artificielle (IA).
Pour avoir un ordre d'idée, rappelons que le processeur A17 Pro d’Apple dans l’iPhone 15 Pro a 19 milliards de transistors. Le processeur Ponte Vecchio d’Intel pour le calcul haute performance en a plus de 100 milliards. D’ici la fin de la décennie, Intel s’attend à des processeurs avec 1 000 milliards de transistors.
Proroger la loi de Moore
Intel est sur la bonne voie pour fournir des solutions complètes de substrats de verre au marché dans la seconde moitié de cette décennie, permettant à l’industrie de continuer à faire avancer la loi de Moore au-delà de 2030.
C'est durant une présentation préliminaire en amont de l'évènement que Rahul Manepalli, en charge de l’ingénierie des substrats chez Intel, a indiqué que « cette technologie permettra à cette industrie de « poursuivre la mise à l’échelle (des transistors) et de proroger la loi de Moore ». 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.
L'utilisation de substrats en verre va aussi fournir de meilleures facultés de passage à l’échelle en permettant d’assembler de plus grands ensembles de chiplets dans un même "System-in-Package". Le fondeur parle de créer des SiP d’une superficie de 240 x 240 mm, et anticipe que cette technologie permettra de se rapprocher des 1000 milliards de transistors par "package" d’ici 2030.
Intel a investi plus d’un milliard de dollars dans une ligne de recherche et de développement consacrée à cette technologie. Un composant de test intégrant deux chiplets a déjà été produit dans l’usine de Chandler, en Arizona, et Intel va désormais s’atteler à préparer une production en série.
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.
Avec la transition vers les substrats en verre, Intel vient jouer un rôle de premier plan, comme il l'a fait dans les années 1990 avec l'introduction des boîtiers sans halogène et sans plomb ou, plus récemment, avec l'empilement de boîtiers en empilage de boîtiers 3D d'empilage de boîtiers en 3D. Les nouveaux substrats en verre se combineront parfaitement avec les percées de PowerVia et RibbonFET introduites récemment afin d'étendre l'échelle au-delà des nœuds de processus 18A.
« Nous sommes impatients de fournir ces technologies de pointe qui bénéficieront à nos acteurs clés et à nos clients fonderies pour les décennies à venir », a déclaré Babak Sabi, vice-président senior et directeur général du développement de l’assemblage et des tests chez Intel.
Source : Intel (1, 2)
Et vous ?
Quelles sont les applications potentielles des substrats de verre pour l’emballage avancé dans les domaines de l’intelligence artificielle, du calcul haute performance, de la 5G et de l’Internet des objets ? Quels sont les défis techniques et économiques auxquels Intel devra faire face pour développer et commercialiser ses substrats de verre ? Comment les substrats de verre pourraient-ils changer le paysage concurrentiel du marché des semi-conducteurs ? Quels sont les avantages et les inconvénients des substrats de verre par rapport aux autres technologies d’emballage avancé, telles que le 3D-IC, le 2.5D-IC et le chiplet ? Quel est l’impact environnemental des substrats de verre par rapport aux substrats organiques ? Quelle est votre opinion sur la stratégie d’Intel de devenir un fournisseur de fonderie pour d’autres entreprises ? Pensez-vous qu’Intel pourra rivaliser avec TSMC et Samsung, qui sont les leaders du marché des fonderies de semi-conducteurs ?