Nous avons été conviés mardi 21 mars 2017 à Grenoble à la présentation donnée par GlobalFoundries des technologies en cours de développement dans ses usines microélectroniques de Dresde, en Allemagne. Ce type de présentation est l’occasion pour les experts en micro-électronique du bassin Grenoblois de se tenir informés du niveau de maturation des technologies de poids lourds de l’industrie du semi-conducteur mais aussi des enjeux économiques liés à ces technologies.
Les informations communiquées lors de cette réunion n’étant pas confidentielles, nous vous faisons ici un compte-rendu de celles qui nous ont paru les plus importantes.Depuis 1971, les cycles de développement de l’industrie de la microélectronique suivent la loi de Moore prédisant que le nombre de transistors sur une puce de silicium double tous les deux ans. Les dispositifs électroniques deviennent ainsi de moins en moins coûteux et de plus en plus puissants.

Actuellement, la miniaturisation du transistor – l’unité de base de la puce – atteint des limites physiques. Les coûts associés à cette miniaturisation sont tels que, selon Global Foundries, seuls quatre fabricants (Intel, Samsung, GlobalFoundries, TSMC) dans le monde ont encore la capacité de développer le nœud technologique CMOS 16 nm. On rajoutera à cette liste au moins le fondeur Taiwanais UMC qui, le 23 février 2017, a annoncé le lancement de la production de masse en 14 nm.
Par conséquent, de nouvelles architectures ont émergées à la fois au niveau du transistor et du design des puces (intégration 3D par exemple), pour continuer à pousser les performances et les fonctionnalités des puces microélectroniques.
Intel a notamment choisi de développer le transistor FinFET qui offre actuellement le meilleur niveau de performances au prix d’une architecture complexe et d’une consommation d’énergie élevée.
GlobalFoundries a choisi de développer le transistor FDSOI basé sur des technologies issues de collaborations avec STMicroelectronics, le CEA/LETI et SOITEC dans la région grenobloise.
Ce transfert technologique a été un succès, générant par ailleurs d’importants enjeux de propriété industrielle. Nous avons donc suivi avec intérêt cette présentation en compagnie de plusieurs experts en conception de circuits intégrés également présents.
La communication de GlobalFoundries portait en particulier sur leurs nouvelles technologies 22FDX et 12 FDX (pour transistor 22nm / 12nm FDSOI).
Les puces basées sur les technologies FDSOI sont réputées basse consommation, offrant un contrôle dynamique des performances, des fonctionnalités à la fois RF et mémoire non volatile, embarquées, et une production à bas coût.

Ces caractéristiques répondent aux besoins des smartphones (marché actuel : 1,5 Md puces/an, coût : 0,25 $/mm², conso : 3 Wh) et des objets connectés (IoT).

Le marché de l’IoT en pleine croissance (marché futur : 20-50 Md puces/an, coût : 0,05 $/mm², conso : 0,3 Wh) est clairement l’objectif revendiqué par GlobalFoundries dans sa feuille de route.

Une puce 22FDX configurée pour offrir le même niveau de performances qu’une puce 28nm CMOS (dernier nœud technologique CMOS développé à Dresde) consomme 90% d’énergie en moins.

En doublant le niveau de performances de cette puce 22FDX, la consommation est encore inférieure de 18% à celle d’une puce 28nm CMOS.

Concernant les procédés de fabrication, 71% des étapes sont communes avec les procédés existants CMOS, ce qui permet de diminuer significativement les coûts de développement.

La technologie 22FDX est actuellement dans la dernière phase de développement M6 (Milestone 6 : mass production).

Les dernières fonctionnalités (en particulier les modules RF digital/analogique et mmWave) devraient atteindre cette phase fin 2017.

En parallèle, la technologie 12FDX est en cours de développement. Ce prochain nœud technologique devrait concurrencer la technologie 10nm FinFET.
Avec ces dernières technologies 22FDX et 12FDX, la loi de Moore semble continuer à se vérifier !