L'intelligence artificielle (IA) a connu un essor rapide ces dernières années, transformant les industries et modifiant nos modes de vie quotidiens. Cette croissance sans précédent a exercé une pression considérable sur l'infrastructure informatique, nécessitant des capacités de mémoire accrues et des vitesses de traitement plus rapides pour gérer les énormes volumes de données générés par l'IA.

Les semi-conducteurs haute performance sont essentiels pour répondre à cette demande. Le marché des semi-conducteurs pour l'IA devrait atteindre 159 milliards de dollars d'ici 2028, soit plus du double des 71,3 milliards de dollars estimés pour 2024. Afin de permettre aux fabricants de puces de produire des circuits plus efficaces et puissants, les technologies de fabrication sous-jacentes doivent également continuer à progresser. Depuis plus de 30 ans, Hanwha Precision Machinery, leader mondial dans le domaine des solutions de fabrication avancées, investit constamment dans la recherche et le développement pour fournir aux fabricants de puces du monde entier des machines de pointe.

Dans cet article, nous explorerons les défis de la fabrication de puces avancées et la manière dont des solutions spécialisées, telles que celles proposées par Hanwha Precision Machinery, peuvent les surmonter.

La demande croissante pour des puces avancées

L'IA devient de plus en plus présente dans notre quotidien, ce qui accroît considérablement les besoins en puissance de calcul et en efficacité. Une nouvelle pénurie de semi-conducteurs, similaire à celle observée pendant la pandémie, semble inévitable en raison de la demande croissante de centres de données pour soutenir l'IA dans le cloud et les appareils compatibles.

Le volume de transactions de données nécessaire pour le bon fonctionnement de l'IA dépasse largement ce que les semi-conducteurs classiques peuvent gérer. Il faut désormais une nouvelle architecture de puce capable de traiter davantage de données dans un temps réduit et sur une surface physique identique.

Les puces électroniques sont composées de transistors, de minuscules interrupteurs contrôlant le flux de courant électrique pour alimenter des fonctions telles que la mémoire et la logique. Plus une puce est équipée de transistors, plus elle est capable de traiter de données et plus elle est performante. La fabrication des puces a évolué pour rendre ces transistors de plus en plus petits, jusqu'à l'échelle nanométrique. Cependant, cette miniaturisation touche ses limites, et même si les ingénieurs cherchent à réduire la taille des puces en passant de 3 à 2 nanomètres, les architectures de puces 2D ne suffisent plus à répondre aux besoins actuels.

Pour surmonter cette limitation, les fabricants de puces ont recours à l'empilement vertical des puces, une technique moderne permettant d'améliorer la vitesse de traitement. La vitesse dépend du nombre de transistors connectés, et l'empilement vertical devient la solution lorsque l'espace disponible est insuffisant. Cependant, cela nécessite une technologie spécifique pour garantir la communication entre les différentes couches, et c'est ici que les procédés de fabrication avancée jouent un rôle clé.

La technologie de l'empilement vertical

Avec des technologies avancées de conditionnement, les transistors peuvent être disposés de manière partiellement côte à côte (2,5D) ou complètement empilés (3D), chaque couche étant reliée électroniquement via des trous de via, ou attachée aux couches supérieure et inférieure. Ces avancées sont rendues possibles grâce à des procédés comme la compression thermique et la liaison hybride, permettant ainsi un traitement plus rapide tout en réduisant les coûts de production. L'avenir de la fabrication des puces avancées réside dans ces techniques d'empilement.

Ce même principe d'empilement est utilisé pour produire des mémoires à large bande passante (HBM), des puces mémoire spécialisées offrant une capacité bien supérieure à celle de la mémoire vive dynamique (DRAM) traditionnelle.

HBM : un composant clé pour l'IA

Le HBM est crucial pour les unités de traitement graphique (GPU), qui alimentent des systèmes d'IA comme ChatGPT. Il permet de transférer des données plus rapidement que toute autre puce mémoire, ce qui le rend particulièrement adapté aux tâches de calcul complexes. L'empilement de plusieurs couches de DRAM permet de transférer des données à une vitesse bien plus élevée, réduisant la latence et augmentant la bande passante, des caractéristiques essentielles pour gérer les charges de travail des modèles d'IA.

Depuis son lancement en 2013, le HBM a continué d'évoluer, et la prochaine génération, le HBM4, promet d'améliorer encore la bande passante et l'efficacité. Optimisé pour les centres de données et les applications gourmandes en ressources graphiques, le HBM4 sera composé de piles de 16 puces ou plus, surpassant les 12 couches des modèles HBM3 actuels. Malgré l'augmentation de la production, le coût des HBM reste élevé en raison de la complexité de leur fabrication et de la demande croissante des applications IA.

Fabrication avancée : répondre aux besoins de l'IA de demain

La croissance rapide de l'IA implique non seulement la nécessité de puces plus puissantes, mais aussi celle d'une technologie de fabrication capable de les produire. Le processus de fabrication des semi-conducteurs est complexe et minutieux, avec huit étapes principales : cinq dans le processus de fabrication initiale, où les circuits sont imprimés sur des plaquettes, et trois dans le processus final, où les composants sont extraits, conditionnés et testés. Pour produire des puces avec une telle précision, des équipements spécialisés capables de travailler à des échelles aussi petites que 10 micromètres (dix fois plus fins qu'un cheveu humain) sont indispensables.

Outre la demande générée par l'IA, l'industrie des semi-conducteurs reste sensible aux évolutions socioéconomiques. Si l'adoption rapide de l'IA se poursuit, le nombre d'usines de fabrication de semi-conducteurs devra être multiplié pour augmenter la production de 25 à 35 %, et les centres de données connaîtront une croissance rapide. Cela soulève la question de la pénurie de puces et nécessite des solutions pour garantir l'approvisionnement.

Hanwha Precision Machinery : innover pour l'avenir

Depuis sa création en 1989, Hanwha Precision Machinery est devenue un acteur majeur dans le domaine des équipements pour la fabrication de semi-conducteurs. En 1993, l'entreprise a commencé à développer des solutions de conditionnement pour les semi-conducteurs, et elle a depuis remporté deux prix d'innovation. Hanwha Precision Machinery continue de repousser les limites de la technologie, en développant des solutions de liaison hybride qui permettent l'empilement vertical des puces, réduisant ainsi l'épaisseur et améliorant la vitesse des transactions de données entre les couches.

En collaborant avec les plus grands fabricants de puces à travers le monde, Hanwha Precision Machinery contribue à l'innovation et à la fabrication de semi-conducteurs de nouvelle génération, soutenant ainsi le développement de l'IA et garantissant l'évolution de cette technologie essentielle pour l'avenir.