Certains comportent plus de 50 milliards de minuscules transistors qui sont 10 000 fois plus petits que la largeur d’un cheveu humain. Ils sont fabriqués sur de gigantesques planchers d’usine ultrapropres qui peuvent être sept étages de haut et s’étendent sur quatre terrains de football.
Les micropuces sont à bien des égards la pierre angulaire de l’économie moderne. Ils alimentent les ordinateurs, les smartphones, les voitures, les appareils électroménagers et des dizaines d’autres appareils électroniques. Mais leur demande mondiale a augmenté depuis la pandémie, qui a également provoqué des perturbations de la chaîne d’approvisionnement, entraînant une pénurie mondiale.
Cela, à son tour, alimente l’inflation et sonne l’alarme que les États-Unis deviennent trop dépendants des puces fabriquées à l’étranger. Les États-Unis ne représentent qu’environ 12 % de la capacité mondiale de fabrication de semi-conducteurs ; plus de 90 % des puces les plus avancées proviennent de Taïwan.
Intel, un titan de la Silicon Valley qui cherche à restaurer son avance de longue date dans la technologie de fabrication de puces, fait un pari de 20 milliards de dollars qu’il peut aider à réduire le manque de puces. Il construit deux usines dans son complexe de fabrication de puces à Chandler, en Arizona, qui prendra trois ans, et a récemment annoncé des plans pour une expansion potentiellement plus importante, avec de nouveaux sites à New Albany, Ohio, et Magdeburg, Allemagne.
Pourquoi fabriquer des millions de ces composants minuscules signifie-t-il construire – et dépenser – si gros ? Un coup d’œil à l’intérieur des usines de production d’Intel à Chandler et Hillsboro, Oregon, fournit quelques réponses.
Que font les puces
Les puces, ou circuits intégrés, ont commencé à remplacer les transistors individuels encombrants à la fin des années 1950. Beaucoup de ces minuscules composants sont produits sur un morceau de silicium et connectés pour fonctionner ensemble. Les puces résultantes stockent des données, amplifient les signaux radio et effectuent d’autres opérations ; Intel est célèbre pour une variété appelée microprocesseurs, qui exécutent la plupart des fonctions de calcul d’un ordinateur.
Intel a réussi à réduire les transistors de ses microprocesseurs à des tailles hallucinantes. Mais le concurrent Taiwan Semiconductor Manufacturing Company peut fabriquer des composants encore plus petits, une des principales raisons pour lesquelles Apple l’a choisi pour fabriquer les puces de ses derniers iPhones.
De tels succès remportés par une entreprise basée à Taïwan, une île que la Chine revendique comme la sienne, s’ajoutent aux signes d’un fossé technologique croissant qui pourrait mettre les progrès de l’informatique, des appareils grand public et du matériel militaire en danger à la fois par les ambitions de la Chine et les menaces naturelles à Taïwan telles que que les tremblements de terre et la sécheresse. Et il a mis en lumière les efforts d’Intel pour reprendre l’avance technologique.
Comment sont fabriquées les puces
Les fabricants de puces emballent de plus en plus de transistors sur chaque morceau de silicium, c’est pourquoi la technologie en fait plus chaque année. C’est aussi la raison pour laquelle les nouvelles usines de puces coûtent des milliards et que moins d’entreprises peuvent se permettre de les construire.
En plus de payer pour les bâtiments et les machines, les entreprises doivent dépenser beaucoup pour développer les étapes de traitement complexes utilisées pour fabriquer des puces à partir de plaquettes de silicium de la taille d’une plaque – c’est pourquoi les usines sont appelées “fabs”.
D’énormes machines projettent des conceptions de puces sur chaque plaquette, puis déposent et gravent des couches de matériaux pour créer leurs transistors et les connecter. Jusqu’à 25 plaquettes à la fois se déplacent entre ces systèmes dans des modules spéciaux sur des rails aériens automatisés.
Le traitement d’une plaquette nécessite des milliers d’étapes et jusqu’à deux mois. TSMC a donné le ton à la production ces dernières années, exploitant des « gigafabs », des sites avec quatre lignes de production ou plus. Dan Hutcheson, vice-président de la société d’études de marché TechInsights, estime que chaque site peut traiter plus de 100 000 wafers par mois. Il évalue la capacité des deux installations d’Intel prévues à 10 milliards de dollars en Arizona à environ 40 000 tranches par mois chacune.
Comment les puces sont emballées
Après traitement, la plaquette est découpée en puces individuelles. Ceux-ci sont testés et emballés dans des emballages en plastique pour les connecter aux circuits imprimés ou aux parties d’un système.
Cette étape est devenue un nouveau champ de bataille, car il est plus difficile de fabriquer des transistors encore plus petits. Les entreprises empilent désormais plusieurs puces ou les placent côte à côte dans un boîtier, les connectant pour agir comme une seule pièce de silicium.
Là où l’emballage d’une poignée de puces ensemble est désormais une routine, Intel a développé un produit avancé qui utilise une nouvelle technologie pour regrouper 47 puces individuelles remarquables, dont certaines fabriquées par TSMC et d’autres sociétés ainsi que celles produites dans les fabs Intel.
Ce qui différencie les usines de puces
Les puces Intel se vendent généralement entre des centaines et des milliers de dollars chacune. Intel a lancé en mars son microprocesseur le plus rapide pour les ordinateurs de bureau, par exemple, à un prix de départ de 739 $. Un morceau de poussière invisible à l’œil humain peut en ruiner une. Les fabs doivent donc être plus propres qu’une salle d’opération d’hôpital et ont besoin de systèmes complexes pour filtrer l’air et réguler la température et l’humidité.
Les Fab doivent également être insensibles à presque toutes les vibrations, ce qui peut entraîner le dysfonctionnement d’équipements coûteux. Des salles blanches si fabuleuses sont construites sur d’énormes dalles de béton sur des amortisseurs spéciaux.
La capacité de déplacer de grandes quantités de liquides et de gaz est également essentielle. Le niveau supérieur des usines d’Intel, qui mesure environ 70 pieds de haut, a des ventilateurs géants pour aider à faire circuler l’air dans la salle blanche juste en dessous. Sous la salle blanche se trouvent des milliers de pompes, de transformateurs, d’armoires électriques, de tuyaux utilitaires et de refroidisseurs qui se connectent aux machines de production.
Le besoin d’eau
Les fabs sont des opérations gourmandes en eau. En effet, l’eau est nécessaire pour nettoyer les tranches à de nombreuses étapes du processus de production.
Les deux sites d’Intel à Chandler tirent collectivement environ 11 millions de gallons d’eau par jour du service public local. L’expansion future d’Intel exigera beaucoup plus, un défi apparent pour un État en proie à la sécheresse comme l’Arizona, qui a réduit les allocations d’eau aux agriculteurs. Mais l’agriculture consomme en fait beaucoup plus d’eau qu’une usine de copeaux.
Intel affirme que ses sites de Chandler, qui dépendent de l’approvisionnement de trois rivières et d’un système de puits, récupèrent environ 82 % de l’eau douce qu’ils utilisent grâce à des systèmes de filtration, des bassins de décantation et d’autres équipements. Cette eau est renvoyée à la ville, qui exploite des installations de traitement financées par Intel et qui la redistribue pour l’irrigation et d’autres utilisations non potables.
Intel espère aider à stimuler l’approvisionnement en eau en Arizona et dans d’autres États d’ici 2030, en travaillant avec des groupes environnementaux et d’autres sur des projets qui économisent et restaurent l’eau pour les communautés locales.
Comment les fabs sont construites
Pour construire ses futures usines, Intel aura besoin d’environ 5 000 ouvriers du bâtiment qualifiés pendant trois ans.
Ils ont beaucoup à faire. L’excavation des fondations devrait enlever 890 000 mètres cubes de terre, transportés à raison d’un camion à benne basculante par minute, a déclaré Dan Doron, chef de la construction chez Intel.
L’entreprise prévoit de couler plus de 445 000 mètres cubes de béton et d’utiliser 100 000 tonnes d’acier de renforcement pour les fondations – plus que pour la construction du plus haut bâtiment du monde, le Burj Khalifa à Dubaï.
Certaines grues destinées à la construction sont si grosses qu’il faut plus de 100 camions pour amener les pièces afin de les assembler, a précisé M. Doron. Les grues soulèveront, entre autres, des refroidisseurs de 55 tonnes pour les nouvelles usines.
Patrick Gelsinger, qui est devenu directeur général d’Intel il y a un an, fait pression sur le Congrès pour qu’il accorde des subventions à la construction de fabs et des crédits d’impôt pour l’investissement en équipement. Pour gérer le risque de dépenses d’Intel, il prévoit de mettre l’accent sur la construction de “coquilles” fabuleuses qui peuvent être équipées d’équipements pour répondre aux changements du marché.
Pour faire face à la pénurie de puces, M. Gelsinger devra concrétiser son projet de produire des puces conçues par d’autres sociétés. Mais une seule entreprise ne peut pas faire grand-chose ; des produits comme les téléphones et les voitures nécessitent des composants de nombreux fournisseurs, ainsi que des puces plus anciennes. Et aucun pays ne peut non plus être seul dans les semi-conducteurs. Bien que la stimulation de la fabrication nationale puisse réduire quelque peu les risques d’approvisionnement, l’industrie des puces continuera de s’appuyer sur un réseau mondial complexe d’entreprises pour les matières premières, les équipements de production, les logiciels de conception, les talents et la fabrication spécialisée.
Produit par Alana Celli
