Comment la mise hors service des 600 nm affectera les systèmes hérités

L'industrie des semi-conducteurs est au bord d'une transition significative avec l'abandon progressif des plaquettes de 600nm. Cette évolution, entraînée par les progrès technologiques et le besoin de processus de fabrication plus efficaces, aura des implications profondes pour les systèmes hérités qui dépendent de ces anciens nœuds.

Dans cet article, nous explorerons l'impact de l'abandon des 600nm, fournirons un aperçu historique des volumes de plaquettes, et discuterons du contexte plus large de la croissance de l'industrie des semi-conducteurs. Nous examinerons également la loi de Moore, étudierons les types de systèmes hérités affectés, et mettrons en lumière des exemples de désengagements réussis. Enfin, nous proposerons une liste de points clés pour naviguer cette transition.

Aperçu Historique des Volumes de Plaquettes de 600nm

Pour comprendre l'impact de l'abandon des 600nm, il est essentiel de regarder les volumes historiques de ces plaquettes dans l'industrie des semi-conducteurs. Le graphique ci-dessous (figure 1) fournit un aperçu du volume des plaquettes de 150mm et moins (incluant les 600nm) en 2009 et 2024, à côté de la croissance de l'industrie des semi-conducteurs et des volumes/valeurs des marchés de 200mm et 300mm.

Volumes de Production Globaux de Plaquettes de 2009 à 2024^{1, 2, 3}

Dans ce graphique, les zones empilées représentent les différents volumes de plaquettes. Les annotations montrent les volumes réels pour chaque taille de plaquette en 2009 et 2024 au sein des sections colorées :

150 mm et moins (y compris 600 nm) : 36 M en 2009, 54 M en 2024 ; 200 mm : 90 M en 2009, 126 M en 2024 ; 300 mm : 54 M en 2009, 180 M en 2024.

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Les taux de croissance sont également annotés : 150 mm et moins (y compris 600 nm) : 50 % ; 200 mm : 40 % ; 300 mm : 233,33 %.

1 : https://semiconductorinsight.com/report/silicon-wafer-market/

2 : https://www.databridgemarketresearch.com/whitepaper/rise-in-the-production-capacity-of-8-inch-third-generation-semiconductors-fabs

3 : https://www.electronicspecifier.com/news/analysis/30-million-wafers-2024-s-semiconductor-peak

La croissance de l'industrie des semi-conducteurs

L'industrie des semi-conducteurs a connu une expansion extraordinaire au cours des vingt dernières années. En 2000, l'industrie était évaluée à environ 200 milliards de dollars, et d'ici 2020, elle avait grimpé à plus de 500 milliards de dollars. Cette croissance a été alimentée par la demande croissante pour les dispositifs électroniques, les avancées technologiques, et la prolifération d'applications telles que l'intelligence artificielle, l'Internet des Objets (IoT) et les véhicules autonomes.

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La demande pour les semi-conducteurs a été entraînée par l'adoption rapide des smartphones, des tablettes et d'autres appareils électroniques grand public. À mesure que ces dispositifs deviennent plus intégrés dans la vie quotidienne, le besoin de semi-conducteurs plus puissants et plus efficaces a augmenté. De plus, l'essor de l'informatique en nuage et des centres de données a encore renforcé la demande pour des puces haute performance.

L'industrie automobile a également joué un rôle significatif dans la croissance du marché des semi-conducteurs. Les véhicules modernes sont équipés de nombreux systèmes électroniques, allant des systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS) aux fonctionnalités d'infodivertissement et de connectivité. Le passage vers les véhicules électriques (VE) et les technologies de conduite autonome a encore accéléré le besoin de solutions semi-conductrices sophistiquées.

La Loi de Moore et son application

Gordon Moore a introduit la Loi de Moore en 1965, prévoyant que le nombre de transistors sur une micro-puce doublerait tous les deux ans. Cette prédiction a entraîné une croissance exponentielle de la puissance de calcul et des réductions significatives des coûts relatifs. Ce principe a guidé l'industrie des semi-conducteurs pendant des décennies, permettant le développement de puces plus petites, plus rapides et plus efficaces.

À mesure que les nœuds technologiques se réduisent, l'industrie fait face à des défis physiques et économiques. La transition de 600nm vers des nœuds plus petits comme les wafers de 200mm et 300mm témoigne de la capacité d'innovation et d'adaptation de l'industrie. Cependant, ce changement signifie également que les anciens nœuds, tels que 600nm, deviennent moins économiquement viables, incitant à leur élimination progressive.

La réduction continue de la technologie des semi-conducteurs a conduit à des avancées significatives dans divers domaines. Par exemple, le développement de puces plus petites et plus puissantes a permis la création de dispositifs compacts et économes en énergie, tels que la technologie portable et l'équipement médical portable. Ces innovations ont eu un impact profond sur les soins de santé, permettant des diagnostics plus précis et des traitements personnalisés.

De plus, les avancées dans la technologie des semi-conducteurs ont ouvert la voie à la croissance de l'intelligence artificielle (IA) et de l'apprentissage automatique. La puissance de traitement accrue et l'efficacité des puces modernes ont rendu possible le développement d'algorithmes d'IA complexes capables d'analyser de vastes quantités de données en temps réel. Cela a conduit à des percées dans des domaines tels que le traitement du langage naturel, la reconnaissance d'images et les systèmes autonomes.

Malgré les défis, l'industrie des semi-conducteurs continue de repousser les limites du possible. Les chercheurs et les ingénieurs explorent constamment de nouveaux matériaux et techniques de fabrication pour surmonter les limitations de la technologie traditionnelle à base de silicium. Par exemple, le développement de l'empilement 3D et des technologies d'emballage avancées a permis la création de puces à plus haute performance et à consommation d'énergie réduite.

Pourquoi le 600nm est remplacé

1. Performance et efficacité accrues : Les nœuds plus petits permettent d'intégrer plus de transistors dans la même surface de puce, augmentant ainsi considérablement la performance et l'efficacité énergétique. Cela est crucial pour les applications modernes qui exigent une haute puissance de traitement et une faible consommation d'énergie. Par exemple, dans le domaine de l'électronique grand public, des appareils comme les smartphones et les tablettes nécessitent des puces capables de gérer des tâches complexes rapidement tout en préservant la durée de vie de la batterie. Les nœuds plus petits aident à atteindre cet équilibre en améliorant les capacités de calcul sans une augmentation proportionnelle de l'utilisation de l'énergie.
2. Rentabilité : Avec l'avancement de la technologie, le coût par transistor diminue. Cela rend la production de puces utilisant des nœuds plus petits plus économique malgré l'investissement initial plus élevé dans de nouveaux équipements de fabrication. Avec le temps, les économies d'échelle entrent en jeu, et les économies de coûts deviennent substantielles. Cette rentabilité est particulièrement importante pour les fabricants qui doivent rester compétitifs sur un marché où le prix et la performance sont des facteurs critiques. L'investissement initial dans la technologie de fabrication innovante est rentabilisé à mesure que la production monte en échelle et que les coûts unitaires diminuent.
3. Avancées Technologiques : L'industrie des semi-conducteurs innove continuellement pour suivre la Loi de Moore, qui prédit le doublement des transistors sur un microchip tous les deux ans. Cela nécessite de passer à des nœuds plus petits pour maintenir le rythme de l'innovation. La poussée incessante vers la miniaturisation a conduit à des percées dans les techniques de lithographie, telles que la lithographie en ultraviolet extrême (EUV), qui permet de dessiner avec précision des caractéristiques plus petites sur les plaquettes de silicium. Ces avancées garantissent que l'industrie peut continuer à livrer des puces plus puissantes et plus efficaces avec chaque nouvelle génération.
4. Demande du marché : La demande pour des dispositifs électroniques plus puissants et plus efficaces, tels que les smartphones, les ordinateurs portables et les dispositifs IoT, nécessite l'utilisation de technologies semi-conductrices avancées. Les consommateurs s'attendent à ce que chaque nouvelle génération de dispositifs offre de meilleures performances, une autonomie de batterie plus longue et plus de fonctionnalités. Cette attente pousse les fabricants à adopter les dernières technologies semi-conductrices pour répondre aux demandes du marché. De plus, l'émergence de nouvelles applications, telles que la réalité augmentée (AR), la réalité virtuelle (VR) et le calcul en périphérie (edge computing), nécessite des puces capables de gérer efficacement des tâches de traitement intensives.

Qu'est-ce qui remplace le 600nm

Techniquement, le processus 600nm a déjà été « remplacé » il y a longtemps, mais pas retiré car ces composants basés sur ce processus étaient toujours demandés et ont été maintenus en production. Mais il est devenu clair au fil du temps que la recherche de tailles de caractéristiques plus petites et d'une consommation d'énergie plus faible conduit le processus 600nm vers la fin de sa vie.

1. Galettes de 300mm : La taille de galette de 200mm est devenue la norme de l'industrie pendant l'ère du processus 600nm, mais les galettes de 300mm d'aujourd'hui sont devenues la norme dans l'industrie en raison de leur capacité à contenir plus de puces par galette, réduisant les coûts de fabrication et augmentant l'efficacité. La transition vers des galettes plus grandes permet aux fabs de semi-conducteurs de maximiser leur production et d'améliorer les taux de rendement. Ce changement est crucial pour répondre à la demande croissante de semi-conducteurs dans diverses industries. Les galettes plus grandes facilitent également la production de puces plus complexes et plus performantes, essentielles pour des applications avancées.
2. Nœuds avancés (7nm, 5nm et au-delà) : Ces nœuds offrent des améliorations significatives en termes de performance, d'efficacité énergétique et de densité de puces. Ils sont essentiels pour des applications innovantes telles que l'intelligence artificielle, le calcul haute performance et les dispositifs mobiles avancés. Le passage à ces nœuds avancés implique l'utilisation de techniques de fabrication sophistiquées et de matériaux pour atteindre les gains de performance souhaités. Par exemple, la technologie FinFET (transistor à effet de champ Fin) a joué un rôle crucial dans la production de transistors plus petits et plus efficaces à ces nœuds avancés.
3. Matériaux émergents : Au-delà du silicium, des matériaux comme le graphène et le diamant sont explorés pour leurs propriétés électriques supérieures et leur potentiel à miniaturiser davantage et à améliorer la performance des semi-conducteurs. Le graphène, avec sa conductivité exceptionnelle et sa résistance, promet la création de transistors plus rapides et plus efficaces. Le diamant, connu pour sa excellente conductivité thermique, pourrait être utilisé pour gérer la chaleur dans les applications de haute puissance. Ces matériaux émergents représentent la prochaine frontière dans la technologie des semi-conducteurs, offrant le potentiel de surmonter les limitations des dispositifs traditionnels à base de silicium et d'inaugurer une nouvelle ère d'innovation.

La transition du 600nm vers ces technologies avancées est motivée par le besoin de meilleures performances, d'efficacité et de rentabilité, assurant que l'industrie des semi-conducteurs continue d'innover et de répondre aux demandes croissantes de la technologie moderne.

Types de systèmes hérités utilisant des plaquettes de 600nm

Les systèmes hérités qui s'appuient sur des plaquettes de 600nm se trouvent typiquement dans des industries où les cycles de vie des produits longs et la fiabilité sont primordiaux. Cela inclut :

Systèmes automobiles : De nombreuses unités de contrôle et capteurs automobiles utilisent encore la technologie 600nm en raison de leur fiabilité éprouvée et de leur robustesse dans des environnements difficiles. Ces systèmes sont cruciaux pour la sécurité et la performance des véhicules, incluant les unités de contrôle moteur (ECUs), les systèmes d'airbags et les systèmes de freinage antiblocage (ABS). La capacité de la technologie 600nm à résister à des températures extrêmes, à des vibrations et à d'autres conditions difficiles en fait un choix privilégié pour les applications automobiles où l'échec n'est pas une option.

Équipement industriel : Les systèmes de fabrication et d'automatisation industrielle utilisent souvent des plaquettes 600nm pour leur durabilité et leur disponibilité à long terme. Ces systèmes incluent les contrôleurs logiques programmables (PLCs), les entraînements de moteur et les contrôleurs robotiques qui sont essentiels pour le fonctionnement fluide des usines et des lignes de production. La longévité et la fiabilité de la technologie 600nm garantissent que ces systèmes peuvent fonctionner en continu avec un minimum d'arrêts, ce qui est crucial pour maintenir la productivité et l'efficacité dans les environnements industriels.

Dispositifs médicaux : Certains dispositifs médicaux, tels que les équipements de diagnostic et les systèmes de surveillance des patients, dépendent de la technologie 600nm pour sa stabilité et sa fiabilité. Des appareils comme les machines IRM, les scanners CT et les moniteurs de signes vitaux nécessitent des composants exceptionnellement fiables pour garantir un diagnostic précis et la sécurité des patients. L'utilisation de tranches 600nm dans ces dispositifs aide à maintenir une performance constante sur de longues périodes, ce qui est vital dans les environnements de soins de santé où la précision et la fiabilité sont critiques.

Télécommunications : L'infrastructure de télécommunications plus ancienne, incluant les commutateurs et les routeurs de réseau, peut encore fonctionner sur des tranches 600nm. Ces systèmes constituent l'épine dorsale des réseaux de communication, permettant la transmission de données et la connectivité sur de vastes distances. La robustesse de la technologie 600nm assure que ces systèmes hérités peuvent continuer à fonctionner efficacement, fournissant un service fiable même alors que de nouvelles technologies sont intégrées au réseau.

Électronique grand public : Certains appareils électroniques grand public hérités, comme les anciennes consoles de jeux et les appareils ménagers, continuent d'utiliser la technologie 600nm. Ces dispositifs, qui incluent des systèmes de jeux classiques, des télévisions et des appareils de cuisine, ont été conçus avec des tranches 600nm pour garantir une performance durable. La durabilité de la technologie 600nm signifie que ces produits peuvent encore être utilisés et appréciés par les consommateurs de nombreuses années après leur sortie initiale, soulignant la valeur durable de cette technologie dans la vie quotidienne.

Exemples de mise hors service réussie

L'industrie des semi-conducteurs a réussi à naviguer à travers les phases d'abandon des anciennes technologies dans le passé. Voici quelques exemples notables :

1. La transition des wafers de 150mm à 200mm : Dans les années 1990, l'industrie est passée des wafers de 150mm à 200mm, poussée par le besoin d'une plus grande efficacité et de coûts réduits. Ce changement a été géré grâce à une planification stratégique, à des investissements dans de nouvelles installations de fabrication, et à la collaboration avec les fournisseurs d'équipements. Par exemple, des entreprises comme Intel et Texas Instruments ont joué des rôles clés dans cette transition. Intel, connu pour son innovation dans la fabrication de semi-conducteurs, a investi massivement dans la mise à niveau de ses fabs pour accueillir la taille de wafer plus grande. Ce mouvement a permis d'augmenter la capacité de production et de réduire les coûts par puce, ce qui était crucial pour maintenir la compétitivité sur le marché en rapide croissance.
2. Le passage des wafers de 200mm à 300mm : Le début des années 2000 a vu la transition des wafers de 200mm à 300mm, offrant des avantages de coût significatifs grâce à la plus grande taille des wafers. Cette phase de transition a été facilitée par les avancées en lithographie et en technologie de processus. Des entreprises comme TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) et Samsung étaient à l'avant-garde de cette transition. TSMC, par exemple, a investi dans des équipements de lithographie de pointe et des technologies de processus pour assurer une transition en douceur vers les wafers de 300mm. Ce changement a non seulement amélioré l'efficacité de la production, mais a également permis à l'entreprise de répondre à la demande croissante de puces haute performance utilisées dans diverses applications, allant de l'électronique grand public aux centres de données.
3. L'élimination progressive de la soudure plombée : L'industrie a réussi à éliminer progressivement la soudure plombée au profit d'alternatives sans plomb pour se conformer aux réglementations environnementales. Cette transition a nécessité une recherche et un développement étendus, ainsi que des changements dans les processus de fabrication. Des entreprises comme IBM et Hewlett-Packard (HP) ont joué un rôle clé dans ce changement. IBM, par exemple, a mené des recherches approfondies pour développer des matériaux de soudure sans plomb fiables qui répondent aux exigences de performance strictes des dispositifs électroniques. HP, d'autre part, a réingéniéré ses processus de fabrication pour accommoder les nouveaux matériaux, s'assurant que leurs produits restaient conformes aux normes environnementales tout en maintenant une haute qualité et fiabilité.

Liste de vérification : Points clés pour naviguer dans la phase d'élimination des 600nm

• Évaluer l'impact sur les systèmes existants : Identifiez quels systèmes dépendent des plaquettes de 600nm et évaluez l'impact potentiel de leur élimination. Cela implique de réaliser un inventaire complet de tous les équipements et composants utilisant la technologie 600nm. Comprendre l'étendue de la dépendance à ces plaquettes aidera à prioriser les systèmes nécessitant une attention immédiate. De plus, évaluez les implications opérationnelles et financières de la transition loin des plaquettes de 600nm, y compris les éventuels temps d'arrêt, problèmes de compatibilité et le coût des pièces de remplacement.
• Planifier la transition : Développez un plan stratégique pour la transition vers de nouveaux nœuds, incluant les calendriers, le budget et l'allocation des ressources. Ce plan doit détailler les étapes nécessaires pour éliminer les plaquettes de 600nm et adopter de nouvelles technologies. Fixez des calendriers réalistes pour chaque phase de la transition, en veillant à ce que les systèmes critiques soient mis à niveau en premier. Allouez un budget couvrant le coût des nouveaux équipements, la formation du personnel et les éventuelles perturbations des opérations. L'allocation des ressources doit également prendre en compte le besoin de personnel supplémentaire ou de consultants externes pour soutenir le processus de transition.
• Collaborez avec les fournisseurs : Travaillez étroitement avec vos fournisseurs pour assurer une transition en douceur et sécuriser les composants nécessaires ainsi que le support. Engagez-vous dans une communication ouverte avec les fournisseurs pour comprendre leurs calendriers concernant l'arrêt des wafers 600nm et leurs plans pour soutenir les nouvelles technologies. Établissez des accords garantissant la disponibilité des pièces de remplacement et du support technique pendant la période de transition. Collaborer avec les fournisseurs peut également fournir des aperçus sur les meilleures pratiques et les défis potentiels, aidant à atténuer les risques associés à la fin de vie des produits.
• Investissez dans la R&D : Allouez des ressources à la recherche et au développement pour innover et adapter vos produits aux nouvelles technologies. Investir dans la R&D est crucial pour rester compétitif et assurer que vos produits répondent aux demandes évolutives du marché. Concentrez-vous sur le développement de conceptions et de processus innovants qui tirent parti des avantages des noeuds plus petits, tels que la performance améliorée et l'efficacité énergétique. Les efforts de R&D devraient également explorer des matériaux et technologies alternatifs qui pourraient offrir des améliorations supplémentaires. En donnant la priorité à l'innovation, vous pouvez créer des produits qui non seulement remplacent ceux utilisant des wafers 600nm mais offrent également une fonctionnalité supérieure.
• Communiquer avec les parties prenantes : Tenir toutes les parties prenantes informées des plans de fin de vie et de l'avancement pour assurer l'alignement et le soutien. Une communication efficace est la clé pour gérer en douceur la transition. Mettre régulièrement à jour les équipes internes, les clients et les partenaires sur le statut de la fin de vie et les mesures prises pour atténuer toute perturbation potentielle. Fournir des chronologies claires et des attentes, et répondre rapidement à toutes les préoccupations ou questions. Une communication transparente aide à construire la confiance et assure que tous les participants sont sur la même longueur d'onde, facilitant ainsi un processus de transition plus coordonné et efficace.

Conclusion

La fin de vie des plaquettes de 600nm marque une étape significative dans l'évolution de l'industrie des semi-conducteurs. Bien qu'elle présente des défis pour les systèmes hérités, elle offre également des opportunités d'innovation et de croissance. En comprenant le contexte historique, en tirant parti des insights de la loi de Moore et en apprenant des fin de vie passées, les entreprises peuvent naviguer efficacement dans cette transition et continuer à prospérer dans un paysage technologique en constante évolution.