Tous les systèmes sont prêts pour le FDSOI à 7 nm
Nick Flaherty s’entretient avec Sébastien Dauvé, PDG du Leti, et Jean-René Lèquepeys, directeur technique, lors des journées de l’innovation de cette semaine, au sujet de la ligne pilote FAMES, de la 6G, de l’informatique quantique et de l’informatique neuromorphique.
Cette semaine a vu l’annonce d’une ligne pilote de 830 millions d’euros en France pour la technologie FDSOI 10nm et 7nm pour la conception de puces et de systèmes de la prochaine génération 5G et 6G.
« Nous avons deux grands défis à relever », a déclaré M. Dauvé. « La vitesse d’innovation de nos partenaires, ce qui signifie que vous devez être rapide pour trouver les bonnes idées et effectuer les transferts industriels, ce qui constitue un défi majeur, et l’autre canal concerne la durabilité du système.
« Nous avons notre propre salle blanche pour expérimenter l’utilisation de l’eau, des matériaux et de l’énergie. Nous aidons l’industrie à transformer ses processus et l’objectif principal sera d’aider les utilisateurs finaux à modifier l’utilisation de leurs appareils, par exemple en les rendant plus modulaires, en les réutilisant, c’est un domaine très vaste et nous sommes sûrs de pouvoir jouer un rôle car nous sommes connectés à l’ensemble de l’écosystème.
Il peut sembler étrange que la nouvelle ligne pilote de semi-conducteurs de FAMES à Grenoble, en France, se concentre sur cinq domaines, des matériaux au packaging. Mais l’objectif ultime des 830 millions d’euros consacrés à la ligne virtuelle est de créer la prochaine génération de systèmes RF 3D empilés pour la 5G et la 6G.
La ligne développera la prochaine génération de technologie de processus de silicium sur isolant entièrement appauvri (FD SOI) jusqu’à 10 nm et 7 nm pour des fonderies telles que GlobalFoundries et Samsung ainsi que pour des fabricants de puces tels que Qualcomm et ST Microelectronics.
« Le marché clé est celui de la 5G et de la 6G. Pour la 6G, nous avons besoin de nouveaux filtres de 7 à 15 GHz, ce qui est très prometteur, et de nouvelles puces sont nécessaires car il y aura plus de 100 filtres qui devront être combinés et qui pourraient être placés au-dessus des transistors FDSOI », explique M. Lèquepeys, directeur de la technologie.
Le processus FD SOI de 10 nm aura une fréquence agressive (Ft) de 450 GHz, tandis que le processus de 7 nm est destiné à atteindre 540 GHz, dit-il.
« Ce système aura les mêmes performances que le FinFET 5 nm pour le numérique pur et sera bien meilleur pour la radiofréquence et l’analogique », explique-t-il, avec un pas poly de 64 nm et des pas métalliques de 48 et 40 nm.
« Nous devrons donc, à l’avenir, ajouter des mémoires non volatiles dotées de différentes caractéristiques pour un large éventail d’applications », a-t-il déclaré.
« Il n’est pas judicieux d’opter pour une solution monolithique pour un SoC, car nous devons sélectionner la bonne technologie pour la bonne fonction. Pour ce faire, nous avons besoin d’une intégration hétérogène pour empiler les puces avec des composants hétérogènes et monolithiques en 3D.
« Nous avons donc besoin de convertisseurs DC-DC avec de minuscules inductances. Ces éléments seront séparés dans un premier temps, mais ils pourraient être intégrés. Tous ces éléments peuvent être mélangés pour créer des architectures de puces révolutionnaires », a-t-il déclaré.
Pour cette ligne, le Leti agrandit son site en y ajoutant deux salles blanches et des équipements supplémentaires, dont un système de lithographie EUV, en partie pour accueillir la ligne pilote FAMES. Il s’agira d’une ligne pilote virtuelle dont les équipements seront répartis dans plusieurs salles blanches du site, également utilisées pour d’autres projets.
Une lithographie par immersion ASML Twinscan 2050i de 300 mm a été installée en décembre et une partie du projet FAMES déterminera si elle peut être utilisée jusqu’à des largeurs de ligne de 7 nm sur le processus FD SOI. Le scanner de lithographie EUV ne devrait pas être installé avant 2026.
« La R&D se terminera en 2028 mais restera ouverte jusqu’en 2031 – elle sera ouverte d’avril 2025 à septembre 2025 pour les premiers contrats et ils pourront développer leur propre propriété intellectuelle, nous gardons la propriété intellectuelle pour la technologie mais pour la conception finale du circuit intégré nos partenaires possèdent leur propriété intellectuelle. C’est une chose importante », a déclaré M. Lèquepeys.
FAMES est l’une des quatre lignes pilotes à travers l’Europe, et le développement a été coordonné pour s’assurer qu’il n’y a pas de concurrence ou de chevauchement significatif.
Le financement de 830 millions d’euros provient pour moitié de l’entreprise commune Chips et pour moitié des États membres, le pays hôte de chaque ligne finançant la majorité. Pour le Leti, cela signifie que 88 % du financement des États membres, soit environ 400 millions d’euros, un peu moins de la moitié au total, provient du gouvernement français. Il en va de même dans toute l’Europe : la ligne à moins de 2 nm de l’imec est soutenue par le gouvernement belge, la ligne de packaging de Fraunhofer par l’Allemagne et la ligne à large bande interdite de VTT par la Finlande. La Pologne et l’Espagne contribuent également à la ligne pilote de FAMES, indique M. Dauvé.
Mais il ne s’agit pas seulement de la 5G et de la 6G sans fil. Le FDSOI avec polarisation arrière adaptative est également une technologie clé à faible consommation pour les processeurs quantiques, et le Leti travaille avec plusieurs technologies quantiques différentes, y compris la photonique.
« Nous avons de nombreux paris, dont le quantique, et pour nous c’est une partie vraiment importante, mais nous soutenons d’autres startups françaises et européennes qui explorent les qubits supraconducteurs et la photonique. C’est clairement une ambition majeure d’être l’un des premiers à trouver la bonne solution pour passer à l’échelle supérieure et industrialiser, car c’est ce qui fera la différence », a déclaré M. Dauvé.
« Nous avons également misé sur l’informatique neuromorphique pour l’IA et nous sommes l’un des organismes de recherche les plus avancés au monde. Le mois dernier, nous avons publié huit articles dans Nature et, parallèlement, nous étudions comment produire cette technologie pour qu’elle devienne une réalité.
Le Leti développe la technologie CryoCMOS pour contrôler le circuit avec la correction du code d’erreur ECC. « Nous avons besoin d’un ensemble dédié au travail à des températures cryogéniques, c’est également un sujet important et le CEA travaille sur un moyen de programmer un nouveau moteur de calcul avec la pile complète », a déclaré le directeur technique, M. Lèquepeys.
Le FDSOI avec ABB est essentiel pour les dispositifs à très faible consommation qui interfacent avec les qubits, et le Leti travaille avec sa propre spinout, Qoby, qui utilisera la ligne pilote de FAMES, mais aussi avec Alice & Bob et C12QE, basés à Paris, ainsi qu’avec IQM en Finlande et maintenant en France.
M. Lèquepeys n’envisage pas que le Leti produise son propre ordinateur quantique comme démonstrateur. « Nous nous concentrons sur la couche inférieure et, ensuite, ce sont les entreprises industrielles qui s’en chargent. Nous devons aller jusqu’à l’équivalent des bios ».
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