Intel grave en 3 nm et revient dans la course à la miniaturisation

Intel is back, professe à qui veut l’entendre le PDG de la firme, Pat Gelsinger. Si l’entreprise reste malmenée en bourse et poursuit d’immenses chantiers (construction d’usines, etc.), Intel peut célébrer une victoire : celle de la mise en production en volume de son node de gravure Intel 3, concurrent du TSMC 3, que nous appellerons par facilité 3 nm. Il s’agit du troisième node de sa stratégie "5 nodes en 4 ans" (5N4Y) que l’entreprise parvient à finaliser.

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Après avoir annoncé que le node était technologiquement prêt en fin d’année dernière, l’annonce actuelle est encore plus importante : il s’agit cette fois de production de masse, le nerf de la guerre dans le monde des semi-conducteurs. En effet, cela fait déjà belle lurette que IBM a démontré la production de composants en 2 nm. Mais entre une production de labo pour sortir un petit wafer et la mise en place de lignes de production capables de produire des millions de puces à coût modéré, il y un monde.

Le dernier node FinFET pour Intel

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Intel précise qu’il s’agit de son dernier node faisant appel à une conception de transistors dits à ailettes, ou FinFET dans le jargon (fin field-effect transistor). Après sa conception dans les laboratoires du Hitachi Central Research Laboratory en 1989 au Japon et des années de tests de la part des grands noms de la gravure de l’époque, c’est Intel qui commercialisera en masse les premières puces utilisant cette structure pour ses processeurs Core Ivy Bridge à partir de 2011.

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En lieu et place de la structure planaire (planar) des modèles précédents de production de l’ère MOSFET, les transistors FinFET ajoutent un aileron qui rend la structure tridimensionnelle. Le bénéfice étant une meilleure isolation des circuits menant à moins de dissipation thermique, une consommation énergétique en baisse et une plus grande facilité à faire grandir les puces.

Intel 3 sonnera donc, pour Intel, la fin d’une ère. Une ère qui a commencé sous la domination de l’acteur américain pour se terminer sur celle du taïwanais TSMC. Le node Intel 3 n’est donc pas encore celui qui propulsera Intel dans l’ère des GAAFET (gate all around field effect transistors). Cette structure, plus complexe et plus avancée, sera adoptée à partir d’Intel 20A.

Intel 3 : un node, plusieurs variantes

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Tout comme TSMC, qui dispose dans ses nodes de variantes selon que les cibles sont des puces basse consommation ou hautes performances (ex : N3E ou N3P), Intel communique désormais sur plusieurs nodes — normal, la firme est désormais un fondeur au service d’autres clients.

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• Intel 3 : le node de base pour la conception de puces monolithiques
• Intel 3-T : un node adapté à la conception de processeurs désagrégés (on empile des bouts de puces). Il est en effet optimisé pour prendre en charge les interconnexions au travers du silicium (TSV, Through Silicon Via).
• Intel 3-E : un node qui fournit un grand nombre d’outils d’entrée/sortie (I/O dans le jargon) pour ajouter des interfaces mémoire externes, des composants analogiques et consorts.
• Intel 3-PT : node qui, selon Intel, conjugue toutes les capacités précédentes et devrait être préféré par l’industrie pour ses gains de performances supplémentaires, sa facilité d’utilisation pour les concepteurs de puces, sa plus grande finesse des liens TSV, etc.

La raison pour laquelle Lunar Lake est gravé par TSMC

Les deux tiles de Lunar Lake sont gravées par TSMC. La tile de calcul (dite

Les deux tiles de Lunar Lake sont gravées par TSMC. La tile de calcul (dite "compute") est gravée en N3B, le concurrent du node Intel 3.

Adrian BRANCO pour Les Numériques

Si vous suivez les nouvelles liées aux lancements de processeurs, vous avez sans nul doute noté que la prochaine puce mobile grand public d’Intel, Lunar Lake, sera en partie gravée dans un node 3 nm… mais par TSMC.

Les commentateurs du dimanche ne manqueront donc pas de pointer la qualité de la production d’Intel. Une production pour laquelle, à l’heure actuelle, il n'existe aucune analyse de qualité (densité de transistors, chauffe, etc.) ni de rendement —  pas de quoi se faire un avis au niveau technique ou économique. Il existe une explication parfaitement rationnelle et logique du fait que la brique logique de Lunar Lake est gravée en TSMC N3, et non avec ce node d'Intel. Cette explication n'a rien de technique, mais a trait au calendrier et à la méthodologie de développement des puces.

Comme nous vous en parlions dans cet article, le PDG d’Intel Pat Gelsinger est train de séparer les activités d’Intel. Au lieu d’être cantonnés aux seules usines d'Intel, les ingénieurs qui ont conçu Lunar Lake ont pu avoir les coudées franches. Selon Arik Gihon, ingénieur chez Intel en charge de la conception de Lunar Lake que nous avons pu interviewer pendant le Computex de Taipei, sa "mission était de concevoir la puce avec le meilleur rapport performances/watt. Et nous avons eu la liberté totale pour choisir les process adaptés à la conception d’une telle puce".

Or, il faut entre deux et cinq ans pour concevoir et commercialiser une puce aussi complexe. Si Intel annonce tout juste le lancement de la production de masse de son Node Intel 3 en ce mois de juin 2024, TSMC avait commencé à lancer les usines dès le mois de décembre 2022. Pas besoin d’être grand clerc pour comprendre qu’au moment de la conceptualisation des briques de Lunar Lake, le seul node assuré d’être à l’heure était celui de TSMC, qui a donc pas loin de deux années d’avance sur Intel.

Intel grave en 3 nm et revient dans la course à la miniaturisation

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Une avance qui se réduit chaque trimestre. Et qui devrait encore s’amenuiser d’ici à la fin de l’année en cours, puisque les puces pour PC de bureau Arrow Lake devraient être gravées, au moins en partie, avec le nouveau node Intel 20A — que l’on pourrait qualifier de 2 nm, même si cela n’est pas tout fait exact.

Si Intel arrive à monter en puissance sur ce node — quid des rendements ? — et à conjuguer qualité et quantité sur le node suivant, Intel 18A prévu pour courant 2025, l’américain aura réussi son pari technologique : lancer cinq nodes en quatre ans (5N4Y). Il restera alors à Intel transformer l’essai en trouvant des clients pour ses usines. Et à ne plus jamais se laisser distancer, comme TSMC l’a fait ces dernières années. Plus facile à dire qu’à faire.