La puce A17 Pro qui alimente les modèles iPhone 15 Pro et Pro Max a été la première au monde à utiliser un processus de 3 nanomètres, et Apple envisage déjà une puce de 2 nm en 2025, et une de 1,4 nm au-delà, peut-être comme dès 2026.
Un nouveau rapport jette aujourd’hui un regard fascinant sur ce qu’impliquent ces processus d’une taille incroyablement petite…
Puce A17 Pro
Apple a déclaré que la puce A17 Pro incluait son plus grand progrès jamais réalisé en matière de conception de GPU.
L’iPhone 15 Pro et l’iPhone 15 Pro Max sont alimentés par A17 Pro, la première puce de 3 nanomètres du secteur. Poursuivant le leadership d’Apple dans le domaine du silicium pour smartphone, l’A17 Pro apporte des améliorations à l’ensemble de la puce, y compris la plus grande refonte du GPU de l’histoire d’Apple.
Le nouveau processeur est jusqu’à 10 % plus rapide grâce à des améliorations microarchitecturales et de conception, et le moteur neuronal est désormais jusqu’à 2 fois plus rapide, alimentant des fonctionnalités telles que la correction automatique et la voix personnelle dans iOS 17.
Le GPU de classe professionnelle est jusqu’à 20 % plus rapide et ouvre des expériences entièrement nouvelles, avec une nouvelle conception à 6 cœurs qui augmente les performances maximales et l’efficacité énergétique. Désormais doté du lancer de rayons accéléré matériellement, qui est 4 fois plus rapide que le lancer de rayons logiciel, l’iPhone 15 Pro offre des graphismes plus fluides, ainsi que des applications de réalité augmentée et des expériences de jeu plus immersives. L’iPhone 15 Pro met des jeux réalistes entre les mains des utilisateurs avec des titres de console jamais vus auparavant sur un smartphone.
Une échelle inimaginable
Alors que les nombres nanométriques faisaient autrefois référence à la taille physique des grilles des transistors, ce n’est plus le cas. Au lieu de cela, les chiffres visent à fournir une base pour comprendre la diminution de l’échelle des composants.
Le Temps Financier L’accent mis sur la conception de la puce indique que les transistors utilisés sont désormais construits atome par atome et s’allument et s’éteignent des milliards de fois par seconde.
Un seul millimètre carré peut abriter 200 millions de transistors, dont des dizaines de milliards sur une puce. Les fabricants prévoient d’en stocker mille milliards dans un avenir pas si lointain.
Une autre façon de considérer l’échelle est que les transistors sont reliés entre eux à l’aide d’un fil métallique. Quelle quantité de fil est insérée dans ces puces ? Près de 500 km (310 miles) !
Reflété dans les coûts de fabrication
TSMC est leader mondial dans le domaine des processus de fabrication de puces de plus en plus petites, c’est pourquoi il est le seul fournisseur de puces Apple des séries A et M : aucun autre fabricant de puces n’est capable de travailler à des tailles aussi minuscules.
Mais la complexité de la tâche se reflète dans les coûts de conception et de fabrication de ces puces. Lors du passage du 10 nm au 5 nm, par exemple, on estime que le coût pour Apple de la conception d’une nouvelle puce est passé de 174 millions de dollars à 540 millions de dollars. Le coût pour TSMC de la construction d’une usine de fabrication de ces puces est passé de 1,7 milliard de dollars à 5,4 milliards de dollars dans le même temps.
Atteindre les limites de la physique
Le processus global de fabrication d’un copeau à partir de sable n’a pas beaucoup changé. Nous chauffons toujours du sable, extrayons le silicium, utilisons une tige pour créer une « boule » en forme de bouteille de vin, la découpons en tranches, les polissons, y gravons des motifs, y projetons des ions pour créer des zones conductrices et isolantes, et ajoutez des fils pour connecter les transistors.
Ce qui a changé, c’est la complexité et la précision des étapes de gravure et de câblage.
Pour les plus petites puces, des machines valant plusieurs millions de dollars fabriquées par une seule entreprise néerlandaise, ASML, utilisent une lumière ultraviolette extrême pour créer ces fins pochoirs. Les machines ont la taille d’un bus, mais sont si précises qu’elles pourraient diriger un laser pour frapper une balle de golf aussi loin que la Lune.
Nous approchons maintenant des limites de la physique en termes de réduction de la taille du processus, c’est pourquoi les dernières conceptions de puces empilent plusieurs couches ensemble.
« Vous commencez vraiment à étendre cette troisième dimension, ce qui n’a pas été utilisé au cours des 60 premières années de la technologie des transistors », explique Auth d’Intel. « (Quand) vous construisez des gratte-ciel, vous commencez à manquer de capacité à rétrécir les choses latéralement, alors vous commencez à construire et c’est ce que nous faisons » (…)
Ce tournant vers la conception et le développement verticaux est « un gros problème », déclare Koch de SemiAnalysis, car c’est la première fois que l’industrie reconnaît qu’elle est à court d’options horizontales. « Nous ralentissons dans une direction, mais accélérons dans une autre », dit-il.
L’approche d’Apple consistant à regrouper différentes puces – ou « chiplets » – est également considérée comme l’avenir.
Les développements en matière d’emballage ont ouvert la voie à un autre changement dans l’architecture des semi-conducteurs : les « chiplets ».
Les ingénieurs s’éloignent de la construction d’un microprocesseur complet sur une seule pièce de silicium – le « système sur puce » monolithique – et se tournent vers des modules multi-puces (MCM). Ces MCM voient des groupes de puces avec différentes fonctions construites sur des morceaux de silicium séparés, puis regroupées pour fonctionner comme un seul cerveau électronique.
Un autre développement prévu consiste à séparer le câblage d’alimentation et de signal – ce qui n’a jamais été fait auparavant.
Les fils d’alimentation se déplaceront du haut (avant) vers le bas (côté arrière) de la puce, en dessous de la couche du transistor plutôt qu’au-dessus. Les interconnexions resteront en place. Les premiers tests montrent que cette voie directe d’alimentation et la réduction de l’enchevêtrement des fils se traduisent par une plus grande efficacité.
La pièce entière vaut la peine d’être lu.
photo par Maxence Pira sur Unsplash
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