La Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) vient de franchir un cap technologique décisif en dévoilant la puce la plus avancée au monde, gravée à 2 nanomètres. Cette innovation permettrait d’augmenter la vitesse de calcul des appareils de 10 à 15 %, tout en consolidant la position dominante de TSMC, qui assure déjà la majeure partie de la production mondiale de semi-conducteurs.
Les puces électroniques sont les piliers invisibles du monde numérique. Présentes dans une infinité d’objets – des brosses à dents connectées aux ordinateurs portables, en passant par les smartphones, les téléviseurs, les équipements électroménagers et les systèmes embarqués dans l’automobile et l’aéronautique –, elles sont constituées de minuscules plaquettes de matériaux semi-conducteurs, le plus souvent du silicium, sur lesquelles sont gravés des milliards de transistors microscopiques.
Ces transistors, véritables interrupteurs à l’échelle atomique, contrôlent le flux d’électricité et transmettent les signaux numériques. Plus leur densité est élevée, plus la puce gagne en puissance et en rapidité. Dès lors, les industriels du secteur rivalisent d’ingéniosité pour miniaturiser toujours davantage ces composants, afin d’en accroître la performance tout en réduisant leur consommation énergétique.
Taïwan s’est imposée comme un acteur central dans cette course à l’innovation, concentrant à elle seule près de 60 % de la production mondiale de puces, dont la majorité est assurée par TSMC depuis sa création en 1987. L’entreprise fabrique notamment les processeurs de la série A d’Apple – qui équipent iPhone, iPad et Mac –, mais aussi les processeurs graphiques de Nvidia destinés aux technologies d’intelligence artificielle, ou encore les puces Snapdragon de Qualcomm, présentes dans les téléphones Samsung, Xiaomi, OnePlus et Google. Elle conçoit également les processeurs Ryzen et EPYC d’AMD, au cœur de nombreux supercalculateurs parmi les plus puissants au monde.
En 2020, TSMC avait déjà marqué les esprits en gravant des puces à 5 nanomètres, une technologie clé dans l’essor du calcul haute performance, qui repose sur l’utilisation simultanée de multiples processeurs pour effectuer des opérations complexes. Deux ans plus tard, la firme lançait une nouvelle génération de puces encore plus efficientes, gravées à 3 nanomètres, sur lesquelles repose aujourd’hui la dernière série de processeurs Apple.
Désormais, avec ses puces de 2 nanomètres, TSMC promet une autonomie renforcée et des performances accrues pour les futurs appareils électroniques, rendant possible la conception de dispositifs plus compacts et plus légers sans concession sur la puissance.
Domenico Vicinanza, professeur associé en systèmes intelligents et science des données à l’Université Anglia Ruskin, estime que les usages les plus prometteurs concerneront l’intelligence artificielle : assistants vocaux, traduction instantanée ou encore systèmes informatiques et robots autonomes. Ces innovations permettraient également de réduire drastiquement la consommation énergétique des centres de données.
« Des domaines tels que la conduite autonome ou la robotique pourraient tirer parti de la rapidité et de la fiabilité offertes par ces nouvelles puces, renforçant leur sécurité et leur accessibilité pour le grand public », souligne-t-il. La production en série de ces composants est attendue pour le second semestre de cette année.
Une augmentation de 10-15% de la vitesse de calcul
Grâce à une densité de transistors rehaussée d’environ 15 % par rapport aux modèles à 3 nanomètres, les nouvelles puces permettraient d’accroître la vitesse de traitement de 10 à 15 % à consommation énergétique constante, ou à l’inverse, d’abaisser cette dernière de 20 à 30 % pour une puissance de calcul équivalente.
Mais une telle avancée technologique n’est pas sans défis. La fabrication de ces puces repose sur des procédés d’une extrême complexité, notamment la lithographie ultraviolette extrême (EUV), un outil de précision aux coûts faramineux. Selon Domenico Vicinanza, ce seul facteur pourrait significativement renchérir le prix des puces.
À cela s’ajoute la problématique de la dissipation thermique. Plus la densité de transistors augmente, plus il devient ardu d’évacuer la chaleur, même si la consommation énergétique globale diminue. La surchauffe peut non seulement affecter les performances, mais aussi réduire la durée de vie des composants. Le silicium, matériau de prédilection des semi-conducteurs, pourrait par ailleurs atteindre ses limites physiques à cette échelle de miniaturisation.
Pour autant, « la puissance de calcul, l’efficacité énergétique et la compacité promises par ces nouvelles puces pourraient marquer une étape importante dans l’évolution de l’informatique, tant pour le grand public que pour l’industrie », estime le chercheur. L’exploration de nouveaux matériaux semi-conducteurs offrirait également la possibilité d’augmenter encore la densité de transistors, sans compromis sur la performance.
Une éventuelle délocalisation menaçant la sécurité du pays ?
TSMC a récemment annoncé un plan d’investissement de 100 milliards de dollars destiné à la création de nouvelles usines aux États-Unis. La perspective d’une production partiellement délocalisée suscite néanmoins des inquiétudes. Car l’industrie des semi-conducteurs est perçue à Taïwan comme un élément stratégique étroitement lié à sa sécurité nationale. Son poids économique incite notamment Washington et ses alliés à soutenir activement l’île face à une éventuelle offensive de Pékin.
Les dirigeants de TSMC se veulent toutefois rassurants. Ils affirment continuer à investir massivement dans leurs infrastructures taïwanaises, même si l’entreprise développe parallèlement ses capacités à l’étranger. À l’occasion de la présentation officielle de la puce la semaine dernière, le Premier ministre taïwanais a reconfirmé que l’île conserverait ses centres de production et de recherche, réaffirmant ainsi la centralité de Taïwan dans l’écosystème mondial des semi-conducteurs.