Cher lecteur de NewTech Insider Europe,
C’est une nouvelle étape dans la course à la finesse de gravure que vient de franchir IBM. Big Blue a, une fois de plus, repoussé les limites de l’industrie du semi-conducteur en produisant une puce gravée avec une finesse de 2 nanomètres (nm).
Par comparaison, Samsung et TSMC maîtrisent tout juste la gravure en 5 nm… Intel n’en finit plus d’annoncer l’arrivée imminente de son 7 nm désormais prévu pour 2023… et GlobalFoundries, pour sa part, se contente très bien du 12 nm pour répondre aux besoins de ses clients…
Clairement, IBM est en avance et trace son chemin vers ce qui pourrait bien être la gravure du futur. Mieux encore, la nouvelle tombe à point pour le secteur du semi. En prouvant que la gravure en 2 nm est possible, IBM rassure sur les possibilités d’innovations et le potentiel de la prochaine génération de puces.
Le mur quantique recule encore
La terreur des fondeurs est d’atteindre le mur quantique, cette barrière au-delà de laquelle il ne sera plus possible d’augmenter la densité de transistors. Tout le monde s’accorde à dire que, lorsque la densité des transistors plafonnera, la puissance et l’efficacité énergétique des processeurs feront de même.
A ce moment-là, la microélectronique basée sur des galettes de silicium atteindra un plateau de performance. Smartphones, puces d’IA, serveurs cloud : tous ces usages qui nous ont habitués à des améliorations ne connaîtront alors plus que des progrès marginaux. C’est dire si la progression des finesses de gravure est scrutée de près.
Depuis quelques années, la relative stagnation des fondeurs – et plus particulièrement d’Intel – inquiétait les spécialistes. Seules Samsung et TSMC semblaient encore à même de faire progresser leur outil industriel, mais jusqu’à quand ? La feuille de route était tracée jusqu’aux 3 nm, mais la suite des événements demeurait floue.
Un petit nanomètre qui change tout
Il est difficile d’appréhender l’importance de la finesse de gravure sur les performances en termes de puissance de calcul et d’optimisation énergétique.
Une première approximation est de considérer une galette de silicium comme une feuille de papier sur laquelle seraient dessinés, en deux dimensions, des transistors. Avec cette analogie, la finesse de gravure représente l’épaisseur du trait de crayon. Du fait de la structure en deux dimensions, la densité augmente avec le carré de la finesse : diviser par deux la taille du trait, c’est mettre quatre fois plus de transistors sur une surface égale.
Cette analogie était pertinente dans les premiers temps de la microélectronique, mais elle ne décrit plus fidèlement la réalité. En effet, les fondeurs qui, contrairement à Samsung et TSMC, n’ont pas réussi à faire progresser de façon continue leur finesse de gravure ont misé sur un autre cheval : le dessin en 3D des transistors.
A chaque équipe sa manière de « dessiner » les transistors en 3D, mais l’objectif est le même. Il s’agit, à chaque fois, de faire rentrer plus de briques élémentaires dans un volume égal tout en restant sur une finesse de gravure maîtrisée.
Intel est, par exemple, devenue maître dans l’art de prolonger la durée de vie de ses chaînes de production tout en jouant sur la forme des portes logiques. C’est cette débrouillardise qui lui permet, aujourd’hui, d’être moins à la traîne en termes de densité que ce que le chiffre brut de la finesse laisserait croire.
Pour augmenter la densité de transistors à finesse égale, les fondeurs gravent désormais en 3D.
Ici, le schéma d’un transistor FinFET. Illustration : wikicommons.
De son côté, IBM a joué sur les deux tableaux avec sa nouvelle puce. Non seulement la gravure est plus fine, mais elle se base sur des transistors en 3D. Nul ne sait dire, aujourd’hui, quelle dimension de ces transistors mesure effectivement 2 nm, mais cela n’a que peu d’importance. Le véritable juge de paix est la densité et, de ce point de vue, elle est remarquable.
Selon le communiqué de presse d’IBM, la nouvelle technologie permet de faire rentrer 50 milliards de transistors dans une puce de 150 mm² (soit un carré d’à peine plus de 1,2 centimètre de côté).
Le site Anandtech s’est fendu, à l’occasion de l’annonce d’IBM, d’une synthèse des densités atteintes par les fondeurs à différentes finesses de gravure.
Estimations de densités atteintes par les différents fondeurs. Crédit : Anandtech.
Plus le chiffre est élevé, plus puissantes et économes sont les puces. Le résultat est sans appel : avec plus de 300 millions de transistors par mm², la densité obtenue par IBM est sans commune mesure avec ce qui se fait de mieux dans l’industrie !
IBM, coutumier leader technologique
La généralisation du 2 nm pour les processeurs et mémoires vives pourrait offrir à de nombreux produits technologiques du quotidien un nouveau bond de performances. Les smartphones pourraient diminuer par quatre leur consommation d’énergie, permettant aux utilisateurs de ne les recharger que quelques fois par semaine.
A consommation égale, les processeurs pourraient pour leur part quadrupler leur puissance. Dans les centres de données, la propriété inverse serait utilisée : à puissance égale, la consommation (donc la facture énergétique) serait réduite de façon identique.
Si vous avez l’habitude de voir émerger les nouvelles technologies, vous savez certainement que le chemin qui mène du laboratoire à l’industrialisation est semé d’embûches. Rien ne dit, a priori, que la prouesse d’IBM a vocation à se démocratiser.
La prudence serait effectivement de mise si l’entreprise n’avait pas l’habitude de faire émerger les technologies de gravure « sur table » avant de les céder au reste de l’industrie.
C’est grâce à IBM que TSMC et Samsung ont pu maîtriser rapidement la gravure en 7 nm et en 5 nm. C’est grâce à IBM que la mémoire vive DRAM « single cell » a vu le jour. Big Blue était également pionnière des processeurs multi-cœurs, et des galettes en silicium sur isolant aujourd’hui utilisées massivement dans nos smartphones.
Il y a donc toutes les raisons de penser que cette innovation d’IBM ne restera pas longtemps un phénomène de laboratoire et que les fondeurs en profiteront bientôt.
Une nouvelle étape
qui va tirer nos valeurs à la hausse
Même si le titre IBM ne figure pas, géographie oblige, dans le portefeuille NewTech Insider Europe, deux entreprises du Vieux Continent ont tout à gagner de l’arrivée du 2 nm. Si l’annonce d’IBM est une si bonne nouvelle pour nous, c’est parce que la gravure en 2 nm a été effectuée sur des machines à UV extrêmes (EUV) comme celles qui sont déjà utilisées pour la gravure à 5 nm par TSMC et Samsung.
Les machines EUV d’ASML ont permis à IBM d’atteindre le 2 nm. Photo : ASML.
Comme vous le savez, la gravure à EUV est rendue possible par ASML et ASMI qui fournissent respectivement les machines de lithographie et les services annexes. En prouvant que les EUV pourront être utilisés pour le 2 nm, IBM vient, l’air de rien, de prolonger la durée de vie de cette technologie sur une nouvelle génération.
ASML et ASMI vont pouvoir faire leurs choux gras sur une étape supplémentaire de la course à la finesse. Les EUV et services associés, qui sont déjà des machines à cash, vont le rester durant des années avec une rentabilité qui s’améliorera encore à mesure que la R&D aura été amortie.
Et si cette bonne nouvelle ne suffisait pas, le 2 nm reste, à ce jour, l’horizon de R&D de l’industrie. Aucune technologie n’est encore à même de faire mieux que les EUV. Même si le 2 nm s’avérait être la frontière absolue en termes de finesse de gravure, nos valeurs continueront à profiter du marché des EUV qui devrait atteindre les 9,81 Mds$ par an dans les cinq prochaines années.
L’activité d’ASMI s’envole
ASM International (NL0000334118 – NL : ASMI) a publié il y a quelques jours ses résultats du premier trimestre. Alors que la pénurie de semi-conducteurs faisait craindre des ralentissements de lignes de production (et donc de facturations de services liés), l’équipementier a signé un trimestre record.
Les nouvelles commandes ont dépassé les 410 M€ sur la période (contre 333 M€ au T1 2020), soit une croissance annuelle de +23 %. Plus impressionnant encore, la marge brute approche désormais les 50 % en s’établissant à 49,5 %, en hausse de +11 %. Cette nouvelle confirme la position dominante d’ASMI sur son secteur et son pricing power qui lui permettent de facturer ses services à prix fort.
La conjonction de ces deux facteurs fait naturellement s’envoler le résultat net, qui passe sur un an de 74,1 M€ à 122,5 M€ (+65 %).
Après ce démarrage sur les chapeaux de roue, la direction a décidé de récompenser ses actionnaires. Un nouveau programme de rachat d’actions, à hauteur de 100 M€, a été décidé. Il fait suite à un premier programme d’ampleur équivalente effectué l’année dernière, et c’est ainsi plus de 1,7 % du capital qui a été neutralisé. Cette augmentation mécanique des bénéfices par action vient, bien sûr, en complément du dividende de 2 € par titre qui sera proposé au titre de l’exercice 2020.
MON CONSEIL
Vous pouvez acheter
ASM International (NL0000334118 – NL : ASMI) jusqu’à 270 €.
Bons investissements,
Etienne Henri
NewTech Insider Europe
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