Les deux plus grandes fonderies de semi-conducteurs au monde, TSMC et Samsung Foundry, ont intégré la lithographie à ultraviolets extrêmes (EUV) dans leur production dès 2019, ouvrant ainsi la voie à la fabrication de puces avec des nœuds inférieurs à 7 nm. La lithographie consiste à graver des motifs de circuits sur des wafers de silicium pour créer des semi-conducteurs, et plus le nœud de processus est petit, plus les composants, tels que les transistors, sont petits.
Des transistors plus petits permettent d’en loger davantage dans une puce, ce qui augmente la puissance et/ou l’efficacité énergétique de celle-ci. Par exemple, le A17 Pro en 3 nm contient 20 milliards de transistors par puce. Pour réaliser ces gravures extrêmement fines, les machines de lithographie EUV sont essentielles, et elles ne sont fabriquées que par une seule entreprise : le géant néerlandais ASML. Plus une puce contient de transistors, plus elle est puissante et efficace.
La nouvelle génération de machines EUV high-NA
La prochaine génération de machines EUV, dotées d’une ouverture numérique élevée (high-NA), a déjà commencé à être expédiée. Intel a été le premier à acheter ces machines de pointe, d’une valeur de 400 millions de dollars chacune, afin de reprendre le leadership technologique des nœuds de processus d’ici 2025, devançant ainsi TSMC et Samsung Foundry.
Ces nouvelles machines augmentent l’ouverture numérique de 0,33 à 0,55, ce qui permet de réduire la taille minimale des motifs imprimés de 1,7x et d’augmenter la densité de transistors de 2,9x.
Alors que la première génération de machines EUV a permis de dépasser le seuil des 7 nm, les machines EUV high-NA permettront d’atteindre le nœud de 1 nm et au-delà. L’ouverture numérique mesure la capacité du système optique à collecter et focaliser la lumière, et une ouverture plus élevée (0,55) confère aux nouvelles machines des performances supérieures.
Les plans de TSMC, Intel et Samsung
Intel a réservé 11 machines EUV high-NA et prévoit de les utiliser pour la production de sa technologie de 18A (1,8 nm) dès 2025, en vue de passer à la production en 14A (1,4 nm). Cette stratégie vise à optimiser la technologie des processus avancés pour le coût et la performance. Cependant, Intel doit encore surmonter des défis, tels que des rendements faibles, des pertes financières et une baisse du cours de son action, qui a conduit à son retrait du Dow Jones Industrial Average au profit de Nvidia. Face à ces difficultés, Intel a dû externaliser sa production en 3 nm chez TSMC.
De son côté, TSMC utilisera toujours les machines EUV de première génération lors du début de la production en 2 nm l’année prochaine, mais prévoit d’intégrer la technologie haute NA d’ici 2028 pour le nœud de 1,4 nm ou d’ici 2030 pour le nœud de 1 nm. Samsung Foundry s’attend à recevoir sa première machine high-NA début 2025, renforçant ainsi sa position concurrentielle.
La situation de SMIC et l’impact des sanctions
SMIC, le plus grand fondeur chinois et le troisième mondial, est empêché d’acquérir même une machine EUV de première génération en raison des sanctions imposées par les États-Unis. Cela limite la fonderie chinoise à l’utilisation de machines DUV (Deep Ultraviolet) plus anciennes, ce qui empêche SMIC de produire des puces Kirin pour Huawei avec des nœuds inférieurs à 7 nm.
En conclusion, la course technologique pour dominer la production de semi-conducteurs est féroce, avec Intel, TSMC et Samsung qui rivalisent pour maîtriser les technologies de pointe en lithographie EUV. Pendant ce temps, les restrictions imposées par les sanctions limitent l’accès de la Chine aux technologies les plus avancées, modifiant ainsi l’équilibre du marché mondial des semi-conducteurs.
