Comment construit-on une fab de semi-conducteurs à 20 milliards de dollars ?

• Les semi-conducteurs ont fait chuter de façon extrême le coût par transistor, mais le coût de construction des fabs a grimpé à 10 à 20 milliards de dollars, voire davantage, ce qui crée un goulet d’étranglement dans les chaînes d’approvisionnement de l’IA, du mobile et de l’informatique
• La fabrication des puces consiste à répéter sur des wafers en silicium des étapes de formation de couches, patterning, dopage et traitement thermique pour empiler des dispositifs FEOL et des interconnexions métalliques BEOL ; les procédés de pointe peuvent exiger plus de 80 masques et des milliers d’étapes
• Une fab moderne est un système géant où s’articulent salle blanche, sub fab, espace interstitiel et installations de support externes, avec un contrôle simultané des particules, des vibrations, de l’alimentation électrique, des gaz et de l’eau ultrapure
• 70 à 80 % du coût d’une nouvelle fab provient des équipements de procédé ; des machines de lithographie comme les EUV d’ASML valent plusieurs centaines de millions de dollars l’unité, et la lithographie à elle seule représenterait environ 20 % du coût total
• À mesure que les nœuds de fabrication progressent, le prix des équipements, le nombre de masques et les exigences d’automatisation augmentent ensemble, concentrant la fabrication de pointe entre quelques acteurs comme TSMC, Samsung et Intel, autour d’une structure fabless-foundry

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Les transistors ont moins coûté, mais les fabs sont devenues plus chères

• Les semi-conducteurs ont servi de base au développement du PC, d’Internet, du téléphone mobile et de l’IA, et les GPU ont joué un rôle crucial dans les progrès de l’IA grâce aux calculs matriciels à grande échelle
• Conformément à la loi de Moore, les transistors sont devenus plus petits et moins chers
  • En 1954, la radio à transistors TR-1 utilisait 4 transistors, au prix de 2,50 dollars pièce, soit 29,03 dollars en valeur 2024
  • L’AMD Ryzen 9 7950X3D contient 9,9 milliards de transistors et se vend 650 dollars, soit environ 0,000000066 dollar par transistor
  • Depuis les années 1950, le coût du transistor a été divisé par environ 300 millions
• À l’inverse, le coût des installations de production a explosé
  • Entre la fin des années 1960 et le début des années 1970, une fab coûtait environ 4 millions de dollars, soit environ 31 millions de dollars en 2024
  • Une fab moderne peut coûter entre 10 et plus de 20 milliards de dollars
  • Les deux fabs d’Intel en Arizona sont estimées à 15 milliards de dollars chacune, et la fab de Samsung à Taylor, au Texas, à 25 milliards de dollars
• La deuxième loi de Moore, ou loi de Rock, décrit l’observation selon laquelle le coût d’une fab de semi-conducteurs double tous les quatre ans
• Les structures des puces modernes ont une largeur d’environ 50 nm, soit environ 1/2000 de la largeur d’un cheveu humain
  • Les matériaux sont disposés en couches de quelques atomes d’épaisseur
  • Un simple grain de poussière, une infime variation de tension ou une contamination minime peut entraîner un échec de production
  • Et ces conditions doivent être maintenues non pas dans un laboratoire, mais dans une usine produisant des centaines de millions de puces par an

Les puces sont fabriquées en empilant des couches FEOL et BEOL

• Une puce informatique est une structure composée de plusieurs couches
• Dans la partie inférieure, le FEOL (front end of line) contient des dispositifs à base de silicium comme les transistors, condensateurs, résistances et diodes
• Dans la partie supérieure, le BEOL (back end of line) accueille les fines couches de métallisation qui relient ces dispositifs
  • Le procédé actuel d’Intel comprend 15 couches de métallisation
  • Les différentes couches sont séparées par des diélectriques isolants
  • Les connexions entre couches se font par des trous appelés via
• Une puce est fabriquée en répétant sur un wafer de silicium de haute pureté des étapes d’ajout de matériau, de retrait partiel, puis de nouvel ajout ou modification
• Cette méthode de fabrication est le procédé planaire (planar process) inventé en 1959 par Jean Hoerni chez Fairchild Semiconductor, qui a rendu possibles les circuits intégrés et l’informatique moderne

Quatre procédés clés

• Formation de couches

  • La formation de couches (layering) consiste à ajouter à la surface du wafer des couches de matériau extrêmement fines
  • L’épaisseur peut descendre sous 1 nm, soit environ 1/100000 de l’épaisseur d’un cheveu humain
  • Des matériaux isolants, conducteurs et semi-conducteurs sont utilisés selon l’étape du procédé
  • Les principales méthodes incluent l’oxydation thermique, le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et le sputtering
  • Le dépôt de couches atomiques moderne offre une précision suffisante pour empiler une couche atomique à la fois

• Patterning

  • Le patterning consiste à inscrire un motif sur le wafer et à retirer sélectivement le matériau là où c’est nécessaire
  • Les semi-conducteurs modernes utilisent la photolithographie
  • On applique sur le wafer une résine photosensible, le photoresist, puis on expose certaines longueurs d’onde lumineuses à travers un mask portant le motif
  • Un stepper ou un scanner déplace le mask au-dessus du wafer pour exposer des centaines de zones de puce
  • Après l’exposition, on développe le photoresist, puis on retire le matériau exposé par gravure humide ou sèche
  • La gravure humide utilise des produits chimiques liquides comme l’acide fluorhydrique, tandis que la gravure sèche utilise des gaz comme le fluor sous forme de plasma

• Dopage

  • Le dopage (doping) consiste à introduire d’infimes quantités d’impuretés dans un matériau semi-conducteur afin d’en modifier la conductivité électrique
  • L’ajout d’éléments du groupe V comme le phosphore ou l’arsenic au silicium produit un semi-conducteur de type n riche en électrons libres
  • L’ajout d’éléments du groupe III comme le bore produit un semi-conducteur de type p riche en trous
  • En disposant correctement du silicium de type p et de type n, on peut créer des dispositifs comme les transistors
  • À l’origine, on utilisait surtout la diffusion, mais aujourd’hui le dopage est principalement réalisé par implantation ionique

• Traitement thermique

  • Le traitement thermique consiste à chauffer ou refroidir le wafer pour obtenir les propriétés matérielles souhaitées
  • L’implantation ionique endommage la structure cristalline du silicium, et un recuit thermique rapide permet de la restaurer
  • Des lampes thermiques chauffent le wafer à plus de 1 000 degrés en quelques secondes, puis le refroidissent lentement afin de rétablir la structure cristalline
  • La chaleur est aussi utilisée en lithographie pour cuire et durcir le photoresist liquide

Les procédés auxiliaires augmentent la complexité

• Le CMP (chemical mechanical polishing) planarise la surface du wafer afin de réduire les écarts de hauteur accumulés lors de l’empilement de couches successives
  • Il sert aussi à retirer par polissage le matériau excédentaire après avoir rempli de matériau les trous créés par gravure
• Le nettoyage est répété pour éviter les défauts de puce causés par les particules microscopiques
  • Dans une fab moderne, un wafer peut être nettoyé plus de 200 fois pendant la production
  • Des solvants et de l’eau ultrapure sont utilisés
• La métrologie (metrology) mesure le wafer à divers points du procédé afin de détecter erreurs de fabrication ou défauts
• Les premiers circuits intégrés pouvaient être fabriqués avec 5 à 10 mask et quelques dizaines d’étapes, mais une puce moderne de pointe peut exiger plus de 80 mask et des milliers d’étapes individuelles
• Une fois le procédé terminé, le wafer passe à l’assemblage et au packaging
  • Le wafer est découpé en puces individuelles
  • Les puces sont connectées à des fils ou à d’autres puces
  • Elles sont enveloppées dans un revêtement protecteur
  • Le packaging peut être réalisé dans la fab ou dans une installation distincte

La fabrication nanométrique exige un contrôle extrême

• La fabrication classique tolère un certain niveau d’erreur, mais en semi-conducteurs cette tolérance disparaît presque complètement
• Fabriquer des transistors de quelques nm exige une précision des centaines de milliers de fois supérieure à celle de l’industrie conventionnelle
• Une seule particule microscopique peut court-circuiter une connexion et ruiner la puce entière, et quelques atomes mal placés peuvent suffire à faire échouer une étape du procédé
• Dans les recherches sur les semi-conducteurs menées par Bell Labs dans les années 1940, on a constaté qu’une quantité infime d’atomes de cuivre transférés par un chercheur après avoir touché une poignée de porte en cuivre pouvait dégrader le matériau
• Intel a découvert qu’un simple petit changement d’équipement pouvait faire baisser le rendement d’une nouvelle fab pendant plusieurs mois, voire plusieurs années
  • Pour éviter cela, l’entreprise a introduit le processus Copy EXACTLY!
  • Les nouvelles fabs étaient construites aussi à l’identique que possible des fabs existantes, jusqu’à reproduire la couleur et la marque de la peinture murale

Structure de base d’une fab moderne

• Une fab moderne de semi-conducteurs est généralement organisée sur quatre niveaux
  • La salle blanche, où le procédé a réellement lieu
  • La sub fab sous la salle blanche
  • L’espace interstitiel au-dessus de la salle blanche, avec ventilateurs et filtres qui recyclent l’air
  • Les installations de support extérieures
• La salle blanche accueille les équipements de procédé comme les lithographes EUV d’ASML, les machines de dépôt chimique en phase vapeur, les implanteurs ioniques et les wet bench de nettoyage et de gravure
• Les fabricants d’équipements sont un petit nombre d’acteurs spécialisés comme ASML, Lam Research, Applied Materials et Tokyo Electron
• Les grands équipements de procédé peuvent coûter entre 5 et 10 millions de dollars, et certains dépassent 100 millions de dollars
• Les équipements de photolithographie les plus avancés d’ASML approchent les 400 millions de dollars
• Une fab logique moderne peut produire 40 000 à 50 000 wafers par mois, et une fab mémoire jusqu’à 120 000 wafers par mois
• Atteindre de tels volumes peut nécessiter plus de 1 000 équipements de procédé

Salle blanche et logistique automatisée

• Une fab de semi-conducteurs est généralement construite comme une salle blanche de classe 10 ou 100
  • On n’y autorise qu’au maximum 10 ou 100 particules de 0,5 micromètre ou plus par pied cube d’air
  • Une maison ordinaire contient environ 500 000 particules par pied cube
  • Une salle d’opération se situe autour de 100 000
• Les filtres HEPA ou ULPA au plafond poussent l’air vers le bas, puis celui-ci est récupéré par le sol vers la sub fab avant d’être recirculé
• La salle blanche maintient une pression positive par rapport à l’extérieur pour empêcher l’entrée de particules externes
• L’air y est renouvelé des centaines de fois par heure, bien davantage que dans un bureau classique, qui tourne autour de 5 à 10 fois par heure
• La salle blanche d’une grande fab peut dépasser 500 000 à 1 million de ft², ce qui implique un système HVAC gigantesque
• Au lieu de rendre l’ensemble de la salle blanche parfaitement ultra-propre, les fabricants isolent plus fortement l’environnement immédiat des wafers
  • Les wafers se déplacent dans des pods fermés appelés FOUP (front opening unified pod)
  • Les équipements de procédé eux-mêmes forment un mini-environnement scellé
  • Dans une fab de TSMC, les wafers sont traités dans un mini-environnement de classe 0.1 à l’intérieur d’une salle blanche de classe 100
• Les FOUP circulent entre les machines via un système de logistique automatisée sur rails au plafond
  • Certaines fabs plus anciennes utilisent des véhicules autoguidés au sol
  • Il peut falloir plusieurs mois à un wafer pour parcourir l’ensemble du procédé
  • À tout moment, des dizaines de milliers de wafers se trouvent à différentes étapes de production
  • Un wafer peut parcourir plusieurs miles au cours du procédé
• Les FOUP en stockage peuvent être purgés à l’azote pour éviter la contamination

Une usine qui contrôle aussi vibrations, champs électromagnétiques et alimentation

• Les équipements de procédé sont extrêmement sensibles aux vibrations, et même un bruit important peut nuire au procédé de fabrication
• Les fabs sont généralement construites loin des sources de vibrations externes comme les aéroports, les voies ferrées ou les autoroutes très fréquentées
• Dans un cas, une bouche d’échappement située à 400 ft du bâtiment de la fab était à l’origine de vibrations inacceptables sur le plancher de la salle blanche
• Une fab doit absorber 100 fois plus d’énergie mécanique et 50 fois plus de flux d’air qu’un bâtiment classique, tout en maintenant des vibrations de plusieurs ordres de grandeur inférieures au seuil perceptible par l’humain
• Le sol de la salle blanche est généralement construit sous la forme d’une profonde dalle gaufrée (waffle slab) en béton de 2 à 4 ft d’épaisseur
  • Elle est soutenue par un réseau dense de colonnes pour accroître sa rigidité
  • On installe au-dessus un double plancher métallique pour la tuyauterie et le câblage
  • Les équipements de procédé peuvent reposer sur des socles séparés pour éviter les vibrations dues aux pas des opérateurs
• Les équipements sensibles comme les machines de lithographie peuvent nécessiter des dispositifs actifs d’amortissement des vibrations
• Dans les régions sismiques, on peut utiliser des amortisseurs ou des fondations spéciales pour isoler le bâtiment du sol environnant
• D’autres sources d’interférence sont également contrôlées
  • Les zones de lithographie utilisent un éclairage jaune spécial pour éviter l’exposition du photoresist
  • Des matériaux antistatiques sont utilisés pour empêcher l’accumulation d’électricité statique
  • Un blindage des équipements et une réduction des sources d’EMF sont nécessaires pour limiter les interférences électromagnétiques
  • Des groupes électrogènes de secours et des onduleurs sont utilisés contre les coupures
  • La température et l’humidité doivent rester dans des plages étroites
  • Un blindage RF peut être intégré pour des raisons de sécurité

Sub fab et installations utilitaires

• La sub fab est le niveau technique situé sous la salle blanche qui supporte les équipements de procédé
• Les équipements de lithographie EUV nécessitent, en plus de l’unité principale en salle blanche, des lasers CO₂ et des pompes à vide à l’étage inférieur
• Les implanteurs ioniques et les équipements de sputtering nécessitent eux aussi du vide, et une grande fab peut compter des milliers de pompes à vide
• Une fab utilise une grande variété de produits chimiques et de gaz de haute pureté
  • L’azote sert à la purge et au nettoyage des FOUP et des équipements
  • L’oxygène est utilisé dans les fours d’oxydation et les équipements d’abattement
  • L’argon sert aux réactions plasma
  • L’hydrogène est utilisé pour le nettoyage des équipements EUV
• Certains produits chimiques exigent une pureté de 99,9999999 %
• Les réseaux de tuyauterie sont énormes et complexes, certaines conduites pouvant atteindre 10 ft de diamètre
• Les matières toxiques ou dangereuses nécessitent une manipulation spéciale
  • La phosphine et l’arsine sont des substances extrêmement toxiques utilisées pour le dopage
  • Le silane est utilisé dans certains procédés CVD et peut s’enflammer spontanément au contact de l’air
  • Le trifluorure de chlore, employé pour nettoyer les chambres CVD, est si réactif qu’il peut enflammer même du sable humide
• Plusieurs systèmes d’extraction distincts sont nécessaires pour traiter les gaz d’échappement
  • Ils sont séparés pour éviter que les sous-produits, notamment l’ammoniac, ne réagissent entre eux
  • Des équipements d’abattement et des scrubbers éliminent les substances nocives
• La sub fab abrite aussi armoires électriques, transformateurs, ventilateurs, centrales de traitement d’air, chillers, générateurs RF, échangeurs thermiques, etc.
• La tuyauterie et les équipements doivent respecter des normes bien plus strictes que dans l’industrie classique
  • On utilise de l’acier inoxydable et des revêtements en Téflon
  • L’intérieur des conduites est électropoli pour réduire l’émission de particules et l’accumulation de contaminants
  • Le soudage orbital est utilisé pour réduire les fuites et la contamination
  • Les équipements et matériaux peuvent être fabriqués en salle blanche, emballés sous double sachet plastique, puis transportés sur site

Eau, gaz, électricité et ampleur du chantier

• Pour amener les gros équipements de procédé en salle blanche, il faut des ascenseurs industriels capables de lever plusieurs dizaines de milliers de livres
• Une grande fab logique peut consommer 50 000 m³ d’azote par heure, ce qui peut justifier des unités de séparation de l’air sur site pour produire azote, oxygène et argon
• Le nettoyage des wafers et le CMP exigent d’importantes quantités d’eau ultrapure
  • Une grande fab peut utiliser plusieurs millions de gallons d’eau ultrapure par jour
  • C’est comparable à la consommation d’une ville de 50 000 habitants
  • Sa production nécessite des installations spécialisées dédiées
• Une grande fab peut demander environ 100 MW de puissance électrique, soit environ 10 % de la capacité d’un grand réacteur nucléaire
• Certains projets de fab ont été annulés ou déplacés parce que les utilities locales n’étaient pas en mesure de garantir l’approvisionnement en eau ou en électricité
• Des dizaines de milliers de capteurs surveillent le niveau de particules, la pression, les niveaux d’impuretés et d’autres paramètres afin de maintenir les conditions du procédé
• Une grande fab peut disposer de plusieurs centaines de milliers de ft² de salle blanche et d’un site de plusieurs centaines d’acres
• Sa construction exige des dizaines de milliers de tonnes d’acier de structure et des centaines de milliers de yd³ de béton
  • Intel indique que ses fabs utilisent deux fois plus de béton que le Burj Khalifa et cinq fois plus de métal que la tour Eiffel
• Le chantier requiert des milliers de travailleurs spécialement formés
  • La fab d’Intel à Magdebourg devrait nécessiter plus de 9 300 personnes à son pic d’activité
  • La fab de TSMC en Arizona emploie 12 000 personnes
• Les travailleurs doivent suivre des protocoles de clean construction
  • Ils utilisent des équipements pour éliminer les fumées de soudage
  • Dans certains cas, les arêtes des pièces coupées sur site sont recouvertes de peinture époxy pour éviter l’émission de particules
  • La tuyauterie et les équipements mécaniques peuvent être préfabriqués hors site avant installation

Installation des équipements et montée en rendement

• L’installation des équipements de procédé commence lorsque le bâtiment atteint l’étape de blow down, c’est-à-dire le moment où la salle blanche peut maintenir sa pression positive
• Les équipements arrivent en plusieurs parties et peuvent être assemblés avec précaution sur une longue période
• Les équipements EUV avancés d’ASML sont transportés dans 40 conteneurs de fret, 20 camions et 3 avions-cargos
• Les équipements de procédé sont extrêmement sensibles : une chute ou un choc peut provoquer des retards et des réparations chiffrées en millions de dollars
• Après l’installation, il peut falloir de 6 mois à 1 an pour qu’une fab atteigne un rendement de procédé acceptable
• Malgré leur taille et leur complexité, les fabs sont en moyenne construites en environ 2 à 4 ans
• Aux États-Unis, la construction des fabs est généralement plus lente et plus coûteuse qu’ailleurs
  • Le délai de construction d’une fab américaine est passé d’un peu plus de 650 jours en moyenne dans les années 1990 à plus de 900 jours dans les années 2010
  • Dans les pays asiatiques, il tourne autour de 600 à 700 jours
  • Le durcissement des procédures d’examen environnemental est cité comme l’une des causes
  • Selon Intel, une fab américaine peut coûter 30 % plus cher ; selon TSMC, jusqu’à 4 fois plus cher
  • Ce facteur 4 pourrait ne concerner que les installations elles-mêmes ; dans ce cas, le coût total d’une fab serait supérieur d’environ 60 à 90 %

La structure des coûts est désormais dominée par l’équipement

• 70 à 80 % du coût d’une nouvelle fab provient des équipements de procédé
• Le coût de modernisation d’une fab existante vers un nœud de procédé plus avancé peut aussi représenter une part importante du coût d’une fab entièrement neuve
• Au milieu des années 1980, dans une fab DRAM, les coûts d’infrastructure et d’équipement étaient à peu près équivalents, mais à la fin des années 1990, l’équipement représentait déjà la majeure partie du coût
• Le coût de construction des installations se répartit entre structure, finitions, travaux de site et systèmes de service et mécaniques
• Contrairement à une maison individuelle, une fab consacre une part énorme à la mécanique, à l’électricité et aux services
  • En raison des installations d’eau ultrapure, des multiples systèmes d’extraction et du HVAC de grande taille, les services représentent environ les deux tiers du coût des installations d’une fab neuve
  • Pour une maison individuelle, cette part est inférieure à 20 %
• Parmi les équipements, la plus grosse ligne de coût est généralement la lithographie
  • Viennent ensuite les équipements de dépôt, puis de nettoyage et de gravure
  • Les équipements de lithographie représenteraient environ 20 % du coût d’une nouvelle fab
  • Cela signifie que le coût de la lithographie peut à lui seul rivaliser avec celui de l’ensemble des installations de la fab

Le coût augmente à chaque changement de nœud de procédé

• Dans une fab moderne, chaque nouveau nœud de procédé augmente le coût de la fab d’environ 30 %
• Le premier moteur de coût, ce sont les équipements plus chers
  • Les machines de lithographie EUV d’ASML sont bien plus coûteuses que les équipements DUV qu’elles ont remplacés
• Le deuxième moteur de coût, c’est l’augmentation du nombre de mask et d’étapes de procédé
  • À mesure que les transistors rétrécissent, le nombre de couches de métallisation augmente
  • Les FinFET exigent davantage d’étapes de formation de couches que les transistors plus simples qui les ont précédés
• L’EUV a un temps inversé cette tendance
  • Elle a permis d’effectuer avec un seul mask des opérations qui en demandaient auparavant deux ou plus, réduisant ainsi le nombre d’étapes
• Si un produit nécessite deux fois plus d’étapes de fabrication pour un même volume de sortie, il faut aussi deux fois plus d’équipements
• L’augmentation de la taille des wafers a elle aussi renchéri les coûts
  • Dans les années 1970, on utilisait des wafers de 50 mm
  • Aujourd’hui, les fabs de pointe utilisent des wafers de 300 mm
  • Une transition vers 450 mm a été envisagée, mais n’a jamais été mise en œuvre
• Le passage aux wafers de 300 mm a fortement accru l’usage des équipements logistiques automatisés
  • Les wafers dans les FOUP étaient devenus trop lourds pour être transportés manuellement
  • Cette logistique automatisée exige des structures plus grandes et des plafonds de salle blanche plus hauts

L’industrie se réorganise autour du modèle fabless-foundry

• À l’époque où les fabs étaient bon marché, les fabricants de puces pouvaient posséder leurs propres fabs
• Avec la hausse du coût des fabs, l’exploitation d’unités de production de pointe est devenue plus lourde, et le nombre d’acteurs disposant d’un volume suffisant pour amortir ces coûts a diminué
• L’échelle efficace d’une fab sur wafers de 150 mm est d’environ 10 000 wafers par mois, mais elle monte à 40 000 pour une fab logique sur wafers de 300 mm
• Les fabs mémoire sont encore plus grandes, autour de 120 000 wafers par mois
• Aujourd’hui, seules quelques entreprises comme TSMC, Samsung et Intel exploitent les nœuds de pointe
• Des entreprises comme Apple et Nvidia conçoivent les puces, tandis que des foundries comme TSMC les fabriquent : le modèle fabless s’est imposé
• Les foundries agrègent les commandes de plusieurs sociétés de puces afin d’atteindre l’échelle nécessaire pour financer une fab de pointe

La fab est une installation de production de masse à l’échelle atomique

• Les gigafabs modernes produisent des centaines de millions de puces par an, chacune contenant des milliards de transistors
• La production de semi-conducteurs exige de manipuler d’énormes quantités de matière à l’échelle atomique, de façon répétée et fiable, 24 heures sur 24, 365 jours par an
• Le coût d’une fab naît de la rencontre entre l’échelle d’une usine de production de masse et une précision presque inimaginable

[GN⁺]

Avis sur Hacker News

• J’ai écouté pendant quelques jours Marketplace, présenté par Kai Ryssdal sur NPR/KQED, pendant mes trajets, et les sujets récents portaient sur le CHIPS and Science Act et sur les nouvelles usines de semi-conducteurs que TSMC et Intel construisent à Phoenix, en Arizona.
  Il faudra encore plusieurs années avant que les usines déjà en construction entrent en production, mais tout un écosystème est en train de se créer, depuis les chantiers actuels jusqu’à la formation de la future main-d’œuvre, en passant par les entreprises environnantes qui soutiendront ces immenses usines.
  Les fonds du CHIPS Act ne servent pas seulement à attirer des sites de production : ils sont essentiels pour que les États-Unis retrouvent, à l’échelle nécessaire, des capacités perdues, du point de vue de l’économie comme de la sécurité nationale.
  Si cela vous intéresse, l’émission est disponible en podcast : https://www.npr.org/podcasts/381444600/marketplace

  • TSMC a transféré de nombreux ingénieurs de Taiwan à Phoenix, et un quartier entier a été créé de zéro, avec logements, écoles et épiceries ethniques.
    Il sera intéressant de voir dans les prochaines années quel impact culturel et économique ce mouvement aura sur Phoenix.
  • C’est ce qu’on appelle une externalité positive.
    C’est pourquoi l’outsourcing a causé des dommages bien plus importants que ce qui avait été promis, et le reshoring pourrait aussi créer beaucoup plus d’emplois qu’on ne l’imagine.
    Cela dit, comme souvent avec les responsables politiques, même lorsqu’ils font ce qu’il faut, ils s’y prennent mal ; pour l’instant, le résultat final semble donc avoir de bonnes chances de ressembler à de la stagflation.
  • Je me demande si Intel achète des équipements EUV ASML pour son extension en Arizona.
    On dirait qu’Intel saute complètement l’EUV d’ASML, et si c’est le cas, je ne comprends pas comment ils peuvent obtenir de bons rendements en 7 nm à 5 nm.
    Je ne pense pas que cela viendra du High-NA non plus, et ça ressemble à une distraction à court terme.
  • Par « entreprises annexes », de quoi parle-t-on concrètement ? Je me demande par exemple s’il s’agit d’écoles pour les familles des travailleurs.

• À titre de comparaison, la construction du World Trade Center a coûté 2 milliards de dollars.
  J’ai travaillé 35 ans dans l’industrie des semi-conducteurs, et cet article est l’un des meilleurs textes grand public que j’aie vus pour expliquer ce qu’implique la fabrication de puces.
  L’équilibre entre explications et illustrations est parfait, sans simplification excessive.

  • J’ai eu la même impression.
    Mon doctorat portait sur un domaine proche du SiC, et si ce genre d’introduction avait existé à l’époque, j’aurais pu rattraper beaucoup plus vite.

• Article vraiment passionnant.
  C’est toujours étonnant de constater à quel point l’humanité a progressé, et quand on joue à Angry Birds sur un iPhone, on oublie facilement l’énorme quantité de recherche, de ressources et de savoir spécialisé qui a rendu possible le monde technologique moderne.
  Pour approfondir l’histoire de l’industrie des semi-conducteurs et ses dilemmes actuels, je recommande aussi vivement Chip War de Chris Miller.

• Dans un registre un peu lié, il existe une vidéo où un lycéen a construit sa propre fab de semi-conducteurs « à petit budget » dans le garage de ses parents.
  https://youtube.com/watch?v=IS5ycm7VfXg
  C’est une vidéo très intéressante, mais je trouve un peu dommage qu’il ne soit pas allé plus loin avec cette idée.
  J’aurais vraiment aimé le voir fabriquer quelque chose comme un 6502 à la maison.

  • Sam travaille désormais avec Jim Keller (ex-AMD) sur Atomic Semi.
    https://atomicsemi.com/about/#:~:text=general%20fabrication%20equipment.-,Team,-Atomic%20was%20founded

• Ce passage m’a particulièrement frappé : seules quelques entreprises, comme TSMC, Samsung et Intel, cherchent aujourd’hui à exploiter les nœuds les plus avancés, et l’industrie a basculé vers le modèle fabless, où Apple ou Nvidia conçoivent les puces et où des fondeurs comme TSMC les fabriquent.
  En agrégeant les commandes de plusieurs fabricants de puces, une fonderie peut atteindre l’échelle nécessaire pour financer une fab de pointe.
  Je me demande si, à long terme, l’entraînement de l’IA suivra une trajectoire similaire ; à mon avis, c’est déjà partiellement le cas aujourd’hui.

  • C’est déjà arrivé.
    Le coût d’entraînement des GPT a augmenté de façon exponentielle d’un modèle à l’autre, et se situe dans les millions de dollars.
    Ce n’est pas un hasard si les concurrents les plus récents de GPT-4 sont Meta ou Google.

• Article intéressant.
  La « deuxième loi de Moore », ou loi de Rock, considère que le coût d’une fab de semi-conducteurs double tous les quatre ans ; si cela reste vrai, le coût d’une seule fab dépassera 3 000 milliards de dollars d’ici 30 ans.
  Cela signifie qu’au bout du compte, pour de simples raisons économiques, il existe une limite dure à l’amélioration des nœuds.

  • Sam Altman a récemment essayé de lever 7 000 milliards de dollars pour les puces, donc il cherche peut-être à prendre de l’avance sur cette courbe.
  • Ce calcul est intéressant parce qu’il est assez exact.
    Il y a 30 ans, la capitalisation de Microsoft était d’environ 20 milliards de dollars, et elle est aujourd’hui de 3 000 milliards.
    Il ne serait pas du tout surprenant que la même chose se reproduise.

• Pour mon travail, j’ai visité plusieurs grands chantiers de construction.
  Quand on vous dit « c’est un projet à 40 millions de dollars » et qu’on voit des quantités d’ouvriers, d’engins et de matériaux en mouvement, on se dit que voilà à quoi ressemblent 40 millions de dollars en mouvement.

  • Une bonne partie de cet argent part dans les permis, l’administratif et les assurances.
    Ce que l’on voit réellement correspond probablement plutôt aux 10 à 20 millions de dollars qui n’ont pas été aspirés avec succès par la bureaucratie.

• Le Computer History Museum a mené en 2007 un entretien d’histoire orale avec Morris Chang, fondateur de TSMC.
  Chang y raconte son parcours personnel, de la Chine continentale à Taiwan, puis ses études et son emploi aux États-Unis ; il a été refusé au doctorat du MIT, mais a eu la chance de rejoindre rapidement une industrie en forte croissance.
  Après avoir accumulé suffisamment de richesse, de compréhension de l’industrie et de relations, il est retourné à Taiwan pour fonder TSMC, et la suite est bien connue.
  Il a aussi comparé les styles d’ingénierie en Asie et aux États-Unis : selon lui, les ingénieurs asiatiques sont plus systématiques, plus studieux et plus ordonnés, tandis que les ingénieurs américains ont tendance à être plus innovants, mais moins systématiques et moins ordonnés.
  Il ajoutait toutefois que les groupes innovants et les groupes méthodiques peuvent se compléter.
  https://archive.computerhistory.org/resources/access/text/2013/05/102658129-05-01-acc.pdf

• Question un peu liée : je me demande si Intel achète des équipements EUV à ASML.
  Je parle des équipements EUV classiques, pas des machines High-NA.
  Je n’ai pas trouvé la réponse en ligne, mais la nouvelle fab en Irlande semble relever de l’EUV classique.

  • Tout le monde est obligé d’acheter chez ASML, et même en le voulant, il y a une file d’attente.
    Vu le niveau écrasant de complexité et de coût, il est très peu probable qu’un concurrent réaliste apparaisse.
    Une fab à plusieurs milliards de dollars ne va pas non plus expérimenter avec l’équipement d’une nouvelle entreprise.
  • Il n’existe aucun autre endroit où acheter des équipements EUV.
    ASML est le seul fournisseur au monde.
    La Fab 34 en Irlande a reçu son premier équipement EUV ASML il y a deux ans.
    Je ne pense pas que les machines EUV High-NA entreront dans cette génération de fabs, et la première machine a été livrée il y a quelques mois à la fab de développement d’Intel.

• Étape 1 : trouver 20 milliards de dollars.
  Étape 2 : construire une fab de semi-conducteurs à 20 milliards de dollars.
  https://knowyourmeme.com/memes/how-to-draw-an-owl