Huawei et SMIC, la Chine atteint le 7 nm : véritable réussite ou bluff ?

Huawei Kirin 9000s Smic 7nm
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La Série Mate 60 ça a fini sur toutes les lèvres, mais cette fois pas pour les raisons Huawei il s'y était habitué dans le passé. Il était une fois ce Huawei qui émerveillait tout le monde lors des salons technologiques avec son Kirin, doté de spécifications de pointe et souvent en avance sur la concurrence. Des puces électroniques qui ont rendu ses smartphones si compétitifs qu'ils l'ont amené sur le marché en tête du classement mondial, ébranlant des géants historiques comme Apple et Samsung. Mais depuis 2019, l’interdiction américaine a compromis tout cela, avec ses conséquences pour Huawei. nous les connaissons bien maintenant. Même si elle se trouvait limitée par des barrières difficiles à contourner, l'entreprise chinoise a quand même réussi, avec SMIC, dans l'entreprise de création d'un Kirin9000S qui, bien qu’il s’agisse d’une prouesse technique majeure, apparaît également comme un message politique.

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Pour comprendre la situation, nous devons revoir l'histoire des semi-conducteurs, en commençant par eux États-Unis qu'en 1947 ils ont inventé les transistors et est devenu le centre névralgique de l’industrie technologique mondiale. Puis ce fut au tour du Japon, qui, après la Seconde Guerre mondiale, a investi dans la même direction, d'abord avec les transistors de Sony, puis avec les équipements lithographiques de Sony Tokyo Electron, Nikon et Canon: Pour la première fois, l'américain Applied Materials avait de la concurrence dans la fabrication de semi-conducteurs.

Le Japon a été rejoint par Corée du Sud, qui dans les années 90 a trouvé dans Samsung la clé de voûte, et les deux nations asiatiques deviennent la référence en matière de production de mémoires, s'attirant des accusations de concurrence déloyale de la part des États-Unis. En attendant, Taïwan n'est pas resté les bras croisés : grâce à l'aide des États-Unis et de l'Europe (Hollande en particulier), l'île a créé sa Silicon Valley, ce parc scientifique de Hsinchu d'où sont issues les pierres angulaires d'aujourd'hui comme l'UMC, MediaTek et surtout TSMC. Grâce à la clairvoyance de son fondateur Morris Chang, elle a révolutionné le monde des semi-conducteurs, devenant un carrefour à l'échelle mondiale : si cela vous intéressait, je vous recommande cet article sur l'histoire de TSMC.

tsmc morris chang

Morris n'était pas le seul esprit brillant né à Taiwan : je pourrais citer Stan Shih, Jerry Shen et Cher Wang, fondateurs d'Acer, ASUS et HTC, ainsi que Robert Tsao et Tsai Ming-kai, fondateurs d'UMC et MediaTek. Il convient également de mentionner Chenming Hu, parmi les inventeurs de la technologie FinFET ce qui nous a permis de passer des transistors 2D aux transistors 3D et de reporter leévolution des nanomètres. Une invention qui n'est pas passée inaperçue aux yeux de TSMC, qui l'a aussitôt embauché comme CTO en 2001.

L'un des protégés de Chenming était Liang Mong-Song, figure de proue du secteur mais aussi controversée, ce qui lui vaut le surnom de «mercenaire à puce électronique» (vous comprendrez pourquoi plus tard poco). Comme Morris Chang avant lui, Liang faisait partie de ceux qui ont fui les cerveaux et qui ont déménagé aux États-Unis pour entrer dans le monde. vivo de semi-conducteurs. C'est à Berkeley que Hu était professeur et, grâce à ses enseignements, il a rejoint AMD, où il a travaillé pendant plus de 10 ans en signant des centaines de brevets et de documents, avant de retourner dans son pays natal en 1992 pour rejoindre les rangs de TSMC.

TSMC était une équipe très solide : outre Morris Chang, Liang Mong-Song et Chenming Hu, elle pouvait compter sur Chiang Shang-yi (ex HP et Texas Instruments), Rick Tsai (futur PDG de TSMC et MediaTek) et Burn- Jeng Lin, père de la lithographie par immersion qui est à la base de la lithographie EUV (nous en parlerons plus tard). Le tournant pour TSMC est arrivé début des années 2000: quelques années après la découverte d'IBM en 1997, Taïwan a également commencé à produire les premières puces électroniques (130 nm) avec des connexions de circuits en cuivre au lieu d'aluminium, une innovation qui a amélioré les performances, l'efficacité et a rendu possible une miniaturisation plus poussée.

Après le départ à la retraite du fondateur Chang, le caractère difficile de Liang Mong-Song a convaincu la direction de TSMC de préférer d'autres personnalités pour diriger l'entreprise. Ainsi, en 2009, Liang a décidé de quitter TSMC pour Samsung, déclenchant une guerre juridique entre les deux fabricants de puces : TSMC a fait signer à l'ancien employé un accord de non-compétitivité de 2 ans, que Liang affirmait qu'il passerait en semi-retraite, entre famille et enseignement à Taiwan. Cependant, en octobre 2010, il a obtenu une chaire à l'université Sungkyunkwan de Corée du Sud, étroitement liée à Samsung.

Ce n'est sans doute pas un hasard si, depuis 2009, Samsung a rapidement accéléré son développement technologique, passant de 45 à 32 à 28 nm en seulement deux ans, avant même TSMC. Parmi ces puces, on retrouve tous les différents Exynos de 2010 à 2015 qui ont alimenté des modèles importants tels que le Galaxy S1 au S5 et du Note 1 au Note 4, ainsi que les différentes puces Apple de l'iPhone 4 au 5S. Liang a nié tout lien avec la société coréenne, allant jusqu'à affirmer qu'il avait «TSMC dans le sang", pour ensuite devenir vice-président de la division semi-conducteurs Fonderie Samsung au bout de 2 ans, emmenant avec eux une équipe de 10/20 anciens ingénieurs TSMC.

Malgré l'avance de TSMC et le procès en cours, le travail de Liang a permis à Samsung d'intervenir directement. de 28 à 14 nm, ce qui était convaincant Qualcomm quitter TSMC e passer à Samsung. Parmi les tout premiers SoC Qualcomm produits en Corée du Sud figuraient les populaires Snapdragon 820 et 821 présents sur les Samsung Galaxy S7, Google Pixel, LG G6 et V20, HTC 10, Xiaomi Mi 5 et MIX, OnePlus 3 et 3T, LeEco Le Max 2 et Le Pro 3, ZUK Z2, Nubia Z11 et plus encore.

La position de quasi-monopole de TSMC était menacée : après avoir perdu Qualcomm, Apple était également en jeu, ses puces étant fabriquées par Samsung depuis le premier iPhone. En 2014, TSMC il a obtenu sa première mission, lorsque lePomme A8 di iPhone 6 et 6 Plus il a été fabriqué par des usines taïwanaises. Mais la réussite technique de Samsung ne passe pas inaperçue et, l'année suivante, elle décide de confier la production duApple A9 chez TSMC et Samsung. Cependant, quelque chose d'inattendu s'est produit : même si la puce Samsung bénéficiait d'un procédé plus avancé (14 nm au lieu de 16 nm), TSMC était plus efficace, il chauffait moins donc plus d'autonomie. Depuis, toutes les puces ont été confiées exclusivement à TSMC, également pour éviter qu'un rival direct comme Samsung n'obtienne ses « recettes secrètes ».

Un événement lié au procès en cours : le tribunal avait donné raison à TSMC interdire à Liang de travailler pour Samsung jusqu'en 2015. Sans sa direction, la société sud-coréenne a perdu l'avantage de l'accord avec Apple face à un TSMC plus compétitif. Au cours des années suivantes, l'accord avec Qualcomm a également échoué: en 2019, les différents Snapdragon 855, 860, 865 et 870 ont été fabriqués par TSMC, en plus de la tentative ratée de retour chez Samsung avec le poco réussi Snapdragon 888 et 8 Gen 1.

Dans tout cela, Quelle était la position de la Chine ? Bien qu’elle soit l’usine électronique mondiale, elle n’a jamais pris pied dans la fabrication de semi-conducteurs. Si le Japon, la Corée du Sud et Taïwan ont réussi, c'est aussi grâce à des relations plus amicales avec les États-Unis et l'Europe, qui leur ont permis de s'interfacer avec un marché mondialisé, qu'il s'agisse d'acquérir des brevets, des talents ou d'entretenir des relations entre entreprises de secteur. Soi TSMC est dans la situation où elle est aujourd'hui, c'est aussi et surtout grâce au lien fort avec leHollande, qui dans le passé était l'une des nations qui investissaient le plus dans l'île à travers la famille Philips (oui, ces Philips). Et qui est en Hollande ? Exact, ASML, l'entreprise qui produit le machines lithographiques sans lequel aucun fabricant de puces ne peut imprimer en dessous du seuil critique de 7 nm.

ASML

Et ici nous nous reconnectons à Kirin9000S, dont les démontages ont découvert qu'il était fabriqué à 7 nm : mais par qui ? Pour l'instant, nous n'avons aucune information officielle, étant donné que ni Huawei ni HiSilicon (sa division micropuces) n'en ont parlé publiquement, mais étant donné que l'interdiction américaine les empêche de traiter avec TSMC et Samsung, la seule option plausible est que la production soit de être attribué à SMIC. Il s'agit du premier fabricant chinois de puces, fondé en 2000 par Richard Chang, considéré comme le «père des semi-conducteurs" de Chine : comme les talents taïwanais susmentionnés, Zhang a également effectué ses études aux États-Unis et, comme Morris Chang, il a travaillé pour Texas Instruments, aux côtés de personnalités telles que le prix Nobel Jack Kilby, l'un des créateurs du circuit intégré.

La Chine savait qu'elle devait combler l'écart technologique entre elle et les principaux pays de semi-conducteurs, et a donc convaincu Richard de retourner en Chine et de fonder SMIC, une entreprise qui bénéficierait du plein soutien de l'État pour conduire la nation à une position plus importante dans la production de micropuces. . Auparavant, la Chine avait investi dans des sociétés telles que Hua Hong et Grace Semiconductor, sans obtenir de succès particulier en dehors de ses frontières. SMIC, en revanche, a réussi à se positionner de manière plus incisive, devenant le fabricant n°1 en Chine. L'astuce? Recrutez les employés TSMC et UMC les plus talentueux. Inévitablement, en 2005, les affrontements avec TSMC ont commencé, qui a remporté un procès comprenant 175 millions d'euros d'indemnisation et l'arrêt de l'utilisation des brevets violés. Toutefois, les sanctions n'ont pas été respectées par le SMIC qui, en plus de recevoir une amende plus élevée de 200 millions d'euros, a été le fondateur banni du SMIC pour 3 ans.

Les problèmes du SMIC ne se sont pas arrêtés là : son succès a inspiré de nombreux autres petits fabricants de puces, qui ont rapidement saturé le marché chinois des puces électroniques et ont fini par l'endommager. Mais surtout, SMIC n’avait pas encore réussi à atteindre le niveau technologique qui lui permettrait de rivaliser avec des noms comme TSMC et Samsung. Le résultat a été la démission du fondateur Richard Chang et un remaniement constant de la direction : en 2015, après plusieurs changements de nom, le SMIC a embauché Zhou Zixue, ancien directeur du ministère de l'Industrie électronique, comme président. Une décision qui a encore consolidé le présence du gouvernement chinois au SMIC, qui a décidé en 2016 de franchir une étape importante : embaucher deux anciens dirigeants de TSMC, à savoir Chiang Shang-yi et Liang Mong-Song.

smic

Et c'est ainsi que l'histoire se répète : après avoir amené Samsung à concurrencer TSMC, la touche de Liang commence également à se faire sentir au sein du SMIC. A la tête d'une équipe R&D composée de 2.000 2014 ingénieurs, il réussit une nouvelle fois l'entreprise : d'abord en XNUMX avec le 28 nm, obtenant même la première (et la seule) mission de Qualcomm pour le Snapdragon 410, puis passer au 14 nm en 2019 et enfin à 7 nm en 2022. La première génération 7 nm s’appelait N+1 et a fait ses débuts en juillet 2022 avec les premiers MinerVa Bitcoin Miners, un type de SoC plus facile à créer que, par exemple, les SoC pour smartphones.

En soi, cela ne semble pas être une grande nouvelle, étant donné que les premiers SoC 7 nm sont arrivés 4 ans plus tôt, lorsque l'Apple A2018 Bionic a fait ses débuts dans la série iPhone XS en 12. Cependant, une considération importante doit être prise en compte : avec l'introduction du 7 nm puis du 5 nm, les fabricants de puces tels que TSMC, Samsung et Intel se sont nécessairement appuyés sur Technologie lithographique EUV (Ultraviolets extrêmes). Par rapport à la technologie précédente DUV (Deep Ultraviolet), la nouvelle norme a permis de miniaturiser davantage les transistors, en utilisant des lumières d'une longueur d'onde de 13,5 nm, 14 fois plus courte que la lumière utilisée dans le processus DUV. Pour créer une lumière aussi extrême, un laser à plasma est utilisé pour cibler de minuscules gouttelettes d’étain fondu de 25 microns qui sont tirées à 70 m/s. Un processus qui se répète 50.000 XNUMX fois par seconde.

Il va sans dire que les machines EUV sont particulièrement complexes à exploiter et très coûteuses (plus de 100.000 XNUMX dollars pièce). Par conséquent, pour fonctionner efficacement, elles ne peuvent être comprises et utilisées que par des fabricants de puces de haut niveau. Et en Chine, le seul capable aurait été le SMIC, sans cela La technologie EUV est exclusive à ASML (du moins pour l'instant) et ça les États-Unis ont interdit le SMIC l'empêchant d'acheter ces machines. Cela a poussé le SMIC à se concentrer sur la réussite de son entreprise. imprimer des puces de 7 nm avec l'ancienne méthode DUV, et visiblement elle a réussi. D'abord avec les machines d'extraction de Bitcoin et maintenant avec le Kirin9000S, créé sur le nœud de production 7 nm N+2 2ème génération.

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Crédits : Bloomberg

Comme prévu, le Taïwanais Burn-Jeng Lin était l'un des principaux partisans de la lithographie par immersion, sans laquelle les lithographies DUV et EUV n'existeraient pas, et il est d'avis que SMIC peut produire des puces DUV de 5 nm. Le problème n’est pas tant de savoir si cela est possible, mais plutôt si cela en vaut la peine. Comme il le souligne Selon l'initié de Revegnus, la lithographie EUV peut aujourd'hui être remplacée par deux techniques : le double motif auto-aligné (SADP) et la lithographie-lithographie-lithographie (LELE). Mais si l'impression EUV de TSMC ne nécessite que 10 passes pour imprimer des lignes fines, faire la même chose avec SADP ou LELE nécessiterait des milliers de passes, ce qui rend l'impression DUV en dessous de 7 nm quelque chose de presque techniquement et économiquement impossible.

Ces questions se refléteraient également dans Kirin9000S, qui selon les experts aurait été créé par Huawei et le SMIC plus par nécessité que par le progrès technologique. Les démontages effectués sur le SoC HiSilicon montrent une micropuce à la surface de 107 mm2, une augmentation de + 2% par rapport à 105 mm2 de la Kirin9000/9000E, dont on se souvient a été créé par TSMC non pas à 7 mais à 5 nm. En bref, SMIC a réussi à insérer CPU, GPU, NPU, TPU, FAI, DSP, modem 5G, etc. dans un SoC de 7 nm qui est cependant plus grand qu'un 5 nm, encore une démonstration du le marketing tourne autour des nanomètres.

Cela étant dit, les repères ils mettent le Kirin 9000S sur un pied d'égalité avec des puces vieilles de plusieurs années comme le Snapdragon 888, sans oublier le GPU Huawei Maleoon 910 : c'est le premier GPU propriétaire de Huawei, mais en raison de sa très faible diffusion, il n'est pas optimisé et présente des bugs graphiques avec des jeux comme Genshin Impact ; une situation similaire à Samsung, qui avec son Exynos 2200 a introduit le GPU propriétaire Xclipse 920, assez puissant sur le papier mais ensuite mal optimisé avec les titres en circulation.

Sans parler des problèmes de production : selon les initiés, je DUV 7 nm du SMIC voudrais 100 fois plus cher que l'EUV 7 nm de Samsung, ayant un rendement de production inférieur à 50%, pour certains seulement 15% : en bref, sur 100 SoC imprimés, seuls 15 seraient utilisables. A titre de comparaison, l'efficacité de TSMC et Samsung est d'environ 70/80 % sur le nœud 4 nm le plus avancé. Selon DigiTimes, si SMIC voulait produire des DUV de 5 nm, le rendement tomberait à un chiffre, compromettant sérieusement la rentabilité de l'entreprise. Il va sans dire que Huawei et le SMIC ne pourraient y parvenir que grâce au soutien du gouvernement chinois, qui a récemment lancé un Programme de 40 milliards pour financer l'industrie chinoise des semi-conducteurs, en plus des centaines de millions investis ces dernières années directement dans le SMIC.

SMIC pourrait améliorer le rendement de production de son nœud N7+2 non seulement grâce au soutien de l'État mais aussi de Huawei, avec un partenariat qui devrait permettre de réaliser des ventes pour des dizaines de millions de smartphones. La réalité des faits est que Huawei est préférant perdre en compétitivité, avec des SoC propriétaires moins puissants que leur homologue Qualcomm, e investir dans un avenir incertain et fragile mais cela pourrait potentiellement la remettre dans une position de leadership et en même temps amener la Chine à l'avant-garde de l'industrie des semi-conducteurs.

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