Pourquoi le processus de fabrication des puces lithographiques est si important

Pour la grande majorité des utilisateurs d'iPhone ou en général de tout appareil électronique doté d'un microprocesseur, le processus de fabrication lithographique est une caractéristique technique inconnue, difficile à comprendre, et donc sans importance, même s'il s'agit de l'un des aspects les plus importants de toute puce. . Bien que le processus soit beaucoup plus compliqué, il implique de mesurer la taille des composants à l'intérieur de l'encapsulation, où se trouve une petite partie découpée dans un matériau. tranche (comme une crêpe très fine) constituée d'un matériau semi-conducteur tel que le silicium. C’est de là que vient le célèbre nom de Silicon Valley (Silicon Valley) et c’est pourquoi les semi-conducteurs sont si importants aujourd’hui. Bien que beaucoup ne le sachent pas, ces plaquettes sont sculptées à des tailles incroyablement petites grâce à la lumière ultraviolette. Plus précisément, il s'agit d'un lithographie ultraviolette extrême (également connu sous le nom de UVE, LUVE ou EUV, EUVL, pour son acronyme en anglais). Réussir ces petites puces est un petit miracle. En obtenir suffisamment de transistors utilisables sur une plaquette comme celle-ci ci-dessous, avec des milliards de transistors de seulement 3 nanomètres, tous regroupés dans quelques centimètres, c'est tout. une prouesse technologique de l'humanité.

Apple utilise actuellement un processus de 3 nanomètres. Elle a été la première à l'utiliser en 2023, et aujourd'hui, un an et demi plus tard, très peu de fabricants dans le monde peuvent l'utiliser, car la capacité de fabrication de puces avec un processus de fabrication de 3 nanomètres est très limitée. L’entreprise leader dans la réalisation de cette prouesse technologique est TSMC, et Apple leur a acheté la grande majorité de sa capacité de fabrication dans cette taille de 3 nanomètres. Apple a payé et paie des milliards de dollars par an pour cela.

Pourquoi est-il si important de pouvoir fabriquer des puces avec des transistors de plus en plus petits ?

La réponse à cette question est simple. Plus les transistors sont petits, moins ils ont besoin de puissance pour fonctionner. Cela nous permet d'obtenir une consommation moindre, et donc des batteries qui durent plus longtemps dans les ordinateurs portables, dans les smartphones comme l'iPhone… et s'il s'agit d'un ordinateur de bureau, une très faible consommation et pratiquement aucun bruit, car il n'est pas nécessaire d'avoir fans qu'ils ressemblent à un réacteur nucléaire évacuer la chaleur sortant du dissipateur thermique sur la puce. La combinaison de l'architecture ARM et d'un processus de fabrication de seulement 3 nanomètres est ce qui a permis à Apple de rendre le Mac mini avec M4, par exemple, plus rapide qu'un Mac Studio avec M2 Ultra à peine un an et demi plus tard. Rappelons que les M2 Ultra sont deux M2 Max fonctionnant en parallèle, et que la gamme de processeurs Max est quant à elle au dessus de la gamme Pro. Un an et demi plus tard, une puce de la gamme Pro est plus rapide qu'une Ultra de donc seulement deux. générations précédentes. C'est un énorme bond de performance en si peu de temps.et le processus de fabrication lithographique est en grande partie responsable de ce bond. Le M2 Ultra utilise un processus de 5 nanomètres, tandis que le M4 Pro utilise un processus de 3 nanomètres.

Bien sûr, fabriquer des puces avec des transistors de 3 nanomètres coûte plus cher que d’en fabriquer avec 5. La raison en est le taux d’erreur. Sur cette plaquette avec tant de processeurs avant d'être découpée, il y en a quelques-uns qui ne fonctionnent pas bienpour de nombreuses raisons. Une légère impureté dans le silicium, un grain de poussière… tout peut provoquer un petit désastre quelque part sur la puce qui l'empêche de fonctionner correctement. Parfois, c'est un désastre total et cette puce ne peut pas être utilisée. À d’autres moments, vous pouvez désactiver cette partie de la puce et utiliser le reste. C'est la raison pour laquelle Apple vend ses puces M1, M2, M3 ou M4 avec moins de cœurs dans ses machines les moins chères… en réalité, elles ont plus de cœurs CPU et GPU, mais certaines d'entre elles n'ont pas réussi à fonctionner car elles étaient libérés défectueux, et c'est pourquoi ils ont été activés. En échange, ils vendent moins cher. Cette technique n’est pas exclusive à Apple et de nombreux fabricants de puces l’utilisent depuis de nombreuses années. C'est ce qu'on appelle le regroupement de puces.

La fabrication de puces avec un procédé de 3 nanomètres rend ces erreurs plus fréquentes, et en fait ce qui empêche de fabriquer des transistors encore plus petits, c'est tout simplement de ne pas avoir trouvé de techniques de lithographie permettant de les fabriquer avec un taux d'erreur suffisamment faible pour que chaque puce ne soit pas si chère. D’un autre côté, plus la puce est grosse, plus elle risque de contenir des erreurs et, par conséquent, plus sa fabrication est coûteuse. C'est l'une des raisons pour lesquelles un M3 Max est plus cher qu'un M3 Pro ou qu'un M3 classique.

Intel, par exemple, n'a pas réussi à descendre en dessous de 5 nanomètres. Ils ont essayé d'atteindre 3 nanomètres mais ils n'ont pas pu le faire depuis de nombreuses années. C'est pourquoi ils demandent désormais à TSMC de fabriquer leurs puces. Samsung a effectivement réussi et fabrique actuellement des puces en 3 nanomètres, mais c'est assez récent, et ils y sont également parvenus alors que TSMC est sur le point de pouvoir fabriquer en seulement 2 nanomètres.