Maintenant que la loi sur les puces et la science est promulguée, les entreprises censées obtenir des subventions pour le développement et la production de puces aux États-Unis peuvent commencer à proposer des plans pour leur expansion. Par exemple, Micron et Western Digital, deux principaux fabricants de mémoire DRAM et NAND, proposent de créer une coalition de recherche et développement sur la mémoire aux États-Unis, puis de produire des types de mémoire innovants dans le pays.
Ramener le développement et la production de mémoire aux États-Unis
Alors que les États-Unis ne produisent qu’environ 12 % de la production mondiale de semi-conducteurs, des sociétés comme Intel, GlobalFoundries et Samsung Foundry produisent des puces relativement avancées dans le pays. Ils ont été utilisés dans le monde entier car beaucoup d’entre eux sont uniques. Mais en ce qui concerne la production de mémoire informatique, les États-Unis sont loin derrière la Corée du Sud, le Japon et Taïwan, principalement en raison des coûts de fabrication et de main-d’œuvre élevés en Amérique du Nord. C’est un peu étrange car de nombreuses technologies de mémoire et processus de fabrication innovants sont développés soit aux États-Unis, soit aux États-Unis et au Japon. Avec les fonds fournis par la loi Chips and Science, Micron et Western Digital espèrent corriger ce tort.
« Afin d’assurer le leadership des États-Unis dans le domaine critique de la mémoire à semi-conducteurs et de la technologie de stockage, le NSTC devrait développer et articuler une vision et une feuille de route à long terme (> 5 ans) pour la mise en place de la prochaine génération de ces technologies », un joint déclaration entre les deux sociétés se lit.
L’une des organisations public-privé qui sera créée avec l’aide du financement de Chips and Science ainsi que des investissements des parties intéressées sera le National Semiconductor Technology Center (NSTC), qui réunira l’industrie, le gouvernement, les laboratoires nationaux, et le milieu universitaire pour mener des recherches et des prototypes avancés sur les semi-conducteurs, selon la Semiconductor Industry Association (s’ouvre dans un nouvel onglet). Par exemple, Micron et Western Digital proposent de former la Memory Coalition of Excellence (MCOE) (s’ouvre dans un nouvel onglet), qui fera partie du NSTC et se concentrera entièrement sur les nouvelles technologies de mémoire. En outre, les deux sociétés s’attendent à obtenir des subventions pour construire de nouvelles capacités de fabrication aux États-Unis.
« Une Memory Coalition of Excellence (MCOE) soutiendra cette ère de transformation et de nouvelles innovations technologiques requises », lit-on dans la déclaration de Micron et Western Digital. « Ce MCOE devrait être un effort ciblé dans l’industrie, le milieu universitaire et le gouvernement avec des objectifs clairement définis liés à la résolution des défis décrits dans ce document et devrait être aligné avec d’autres coalitions d’excellence (COE) clés pour soutenir les objectifs généraux du NSTC. «
Nouveaux types de mémoire requis, travaillons ensemble
Un lecteur avide de Tom’s Hardware notera à juste titre que la NAND 3D et la DRAM sont des commodités dont les prix fluctuent et affectent considérablement la rentabilité des fabricants, c’est pourquoi il est crucial de fabriquer de tels types de mémoire dans les régions aux coûts les plus bas et, évidemment, aux États-Unis. n’y appartient guère. De plus, Micron et Western Digital ont déjà des opérations de R&D DRAM et 3D NAND au Japon, c’est pourquoi le MCOE aux États-Unis peut sembler excessif. Mais il y a plusieurs facteurs à considérer.
Premièrement, les dispositifs de calcul de nouvelle génération, que Micron et Western Digital appellent des architectures spécifiques au domaine (DSA), nécessiteront de tout nouveaux types de mémoire. En particulier, les deux fabricants de mémoire mentionnent des architectures de calcul à usage général qui utilisent différents types de mémoire, des conceptions compatibles avec les accélérateurs qui utilisent une mémoire à haute vitesse et des architectures centrées sur la mémoire qui associent étroitement le calcul (logique) et la mémoire. Alors que les architectures traditionnelles continueront d’utiliser des éléments tels que la 3D NAND, la DRAM et le HBM, les architectures émergentes auront besoin de nouveaux types de mémoire, qui devront fournir des avantages à tous les niveaux dans une variété de métriques d’appareils, y compris les performances, la puissance, la surface , fonctionnalité, coût et complexité selon les entreprises.
Deuxièmement, ces nouveaux types de mémoire n’existent pas aujourd’hui, ce qui signifie que des entreprises comme Micron et Western Digital doivent investir dans la recherche fondamentale sur la mémoire dans le but de les concevoir à terme. Par exemple, Western Digital investit dans ReRAM – un type de mémoire de classe de stockage en perspective (SCM) – depuis des années, mais sans succès. Pendant ce temps, Micron n’a même pas suffisamment commercialisé 3D XPoint qu’il a co-développé avec Intel. L’industrie a identifié plusieurs technologies prometteuses pour les applications SCM (PCM, MRAM, FeRAM, etc.), mais aucune de ces technologies ne s’est généralisée. Cela dit, il est tout à fait logique de développer des technologies fondamentales derrière des types de mémoire innovants par des consortiums/coalitions de R&D en collaboration avec des universités pour partager les coûts et accélérer la mise sur le marché.
Troisièmement, dans de nombreux cas, les types de mémoire innovants nécessiteront de tout nouveaux matériaux, de nouvelles structures d’appareils, des technologies de fabrication et plusieurs autres choses qui nécessitent de lourds investissements dans la recherche fondamentale. Encore une fois, les coalitions entre les entreprises commerciales et les universités représentent généralement une approche plus globale de la science fondamentale que les opérations de R&D internes. Par exemple, IBM et SUNY Poly mènent conjointement la R&D sur les semi-conducteurs de nouvelle génération.
Quatrièmement, rapprocher la mémoire de la logique de calcul est un défi important, de sorte que les technologies de conditionnement 2,5D et 3D gagneront en importance à l’avenir. Les développer en collaboration sera bénéfique pour tout le monde.
Enfin, il existe des défis fondamentaux dans le développement et la production de puces utilisant des technologies de fabrication de pointe. Par conséquent, Micron et Western Digital affirment qu’il est essentiel de développer conjointement des outils de simulation (TCAD) et d’automatisation de la conception électronique (EDA) pour accélérer le développement de solutions de nouvelle génération basées sur de nouveaux matériaux, structures et conception. De plus, il est vital d’accélérer la croissance des technologies innovantes d’équipements de production, telles que les solutions de modelage de masques et de plaquettes EUV, pour augmenter la productivité des outils EUV et des nouveaux outils de métrologie et d’analyse/caractérisation des matériaux.
Micron et Western Digital s’attendent à ce que MCOE se concentre sur les activités suivantes :
- R&D « précompétitive » avancée pour les matériaux, les technologies de fabrication et les techniques d’analyse.
- Technologies de mémoire pour l’informatique centrée sur la mémoire (y compris le calcul en mémoire, le calcul proche de la mémoire et le calcul analogique).
- Technologies de mémoire 3D innovantes.
- Emballages avancés et solutions de mémoire empilée.
- Intégration hétérogène (fonctionnelle et/ou physique) au niveau wafer et puce.
- Matrice de points X intégrée avec CMOS avancé pour la validation de nouveaux concepts.
- Méthodologies et outils de modélisation pour le développement rapide et la co-optimisation de technologies et de systèmes complexes.
En général, alors que des entreprises comme Micron et Western Digital peuvent proposer des types de mémoire propriétaires s’adressant à des applications spécifiques (ou plutôt des DSA, comme ils le disent), elles souhaitent mener une R&D fondamentale ainsi que l’activation de la production avec d’autres entreprises américaines. Par conséquent, si les organisations NSTC et MCOE réussissent, elles amélioreront les positions concurrentielles des participants et, par conséquent, l’industrie américaine des semi-conducteurs en général.
Des usines de mémoire de pointe arrivent aux États-Unis
Découvrir des matériaux innovants et développer des technologies de mémoire avancées aux États-Unis est une chose. Mais amener la production de mémoire aux États-Unis est un défi différent. Mardi, Micron a annoncé (s’ouvre dans un nouvel onglet) prévoit d’investir 40 milliards de dollars dans des opérations de fabrication de mémoire de pointe aux États-Unis d’ici la fin de la décennie.
« Cette législation permettra à Micron de faire passer la production nationale de mémoire de moins de 2 % à 10 % du marché mondial au cours de la prochaine décennie, faisant des États-Unis le siège de la fabrication et de la R&D de mémoire les plus avancées au monde.
Micron n’a pas précisé quel type de mémoire il prévoyait de produire aux États-Unis (par exemple, 3D NAND, DRAM, SCM, etc.), mais nous pouvons supposer que la société tentera de créer des types de mémoire haut de gamme aux États-Unis.
Pendant ce temps, au cours des sept ou huit prochaines années, 40 milliards de dollars investis dans les fabs pourraient acheter à Micron une fab compatible EUV qui pourrait produire pratiquement tous les types de mémoire ou même quelques installations de fabrication compatibles EUV et High-NA EUV ( même si nous spéculons). Dans tous les cas, il semble que Micron ait hâte d’apporter des technologies de traitement de pointe aux États-Unis dans le but de fabriquer des dispositifs de mémoire avancés et coûteux.
De nos jours, les fabricants de Corée du Sud, du Japon et de Singapour utilisent les processus de fabrication de mémoire les plus avancés. Micron prévoit d’inverser cette tendance.