La performance des systèmes IA ne dépend plus seulement du nombre de transistors ou de la finesse du nœud de gravure. Elle se joue de plus en plus sur la façon dont les différents blocs d’un système communiquent : puces de calcul, mémoire, accumulateurs d’E/S, switches. Dans ce contexte, l’emballage avancé est devenu une technologie clé, et Intel met en avant son EMIB (Embedded Multi-die Interconnect Bridge) comme l’un de ses atouts pour Intel Foundry.
Ravi Mahajan, Fellow chez Intel et responsable de la recherche en substrats et emballages avancés, a exposé la génèse de cette technologie. Le principe : insérer de petits ponts en silicium directement dans le substrat pour relier plusieurs puces avec une densité d’interconnexion bien supérieure aux approches traditionnelles. L’idée est née dans les années 2000, la mise en production a démarré en 2013 et Intel l’a rendu public en 2014.
De quelques watts à des kilowatts : l’emballage suit
Mahajan le formule clairement : quand il a rejoint Intel il y a plus de 30 ans, l’industrie gérait quelques watts par boîtier. Aujourd’hui, les systèmes avancés peuvent atteindre des kilowatts. Cette évolution explique pourquoi l’emballage n’est plus une couche passive. Il faut maintenant penser au système entier : comment le courant circule, comment les données se déplacent, comment les blocs mémoire et calcul sont reliés, et comment garantir la fiabilité dans un environnement de plus en plus dense.
C’est précisément ce problème qu’EMIB adresse. Plutôt que d’utiliser un interposant en silicium complet sous tous les composants, EMIB place de petits ponts uniquement aux points de connexion à haute densité. Cela réduit la complexité et le coût, tout en maintenant une communication efficace entre les éléments proches.
| Technologie | Rôle dans le système |
|---|---|
| EMIB | Connecte des puces via des ponts silicium intégrés dans le substrat |
| Chiplets | Décomposent un design en blocs spécialisés pour optimiser chaque fonction |
| Emballage avancé | Intègre calcul, mémoire et interconnexion à l’échelle système |
| Substrats en verre | Meilleure stabilité dimensionnelle et densité d’interconnexion pour les futures générations |
| Optique co-packagée | Transfert de données à haute vitesse avec moins de consommation énergétique |
Pourquoi l’IA a besoin d’une meilleure bande passante interne
Les modèles IA les plus performants ne sont pas limités que par la puissance de calcul brute. Ils sont limités par la capacité à déplacer des données entre la mémoire et les unités de calcul. Dans beaucoup de charges de travail, une part significative de l’énergie et du temps ne sert pas au calcul lui-même, mais au transport de l’information. Réduire cette friction est donc aussi important que d’ajouter plus de transistors.
L’approche chiplet répond à cet enjeu : assembler plusieurs blocs spécialisés dans un même boîtier plutôt que de fabriquer une puce monolithique toujours plus grande. La logique peut être gravée sur un nœud avancé, l’I/O sur un autre procédé, la mémoire sur un troisième. La condition, c’est que l’interconnexion entre ces blocs soit suffisamment dense et efficace pour que le système fonctionne comme un tout. C’est là qu’EMIB joue son rôle. Cette évolution augmente aussi la demande en composants passifs de haute qualité, un domaine où les fabricants japonais cherchent à maintenir leur position face à la Chine.
Les vrais défis : énergie, chaleur, fiabilité
L’augmentation de la densité d’interconnexion crée des problèmes concrets. Alimenter plusieurs chiplets dans un même boîtier à forte consommation nécessite une gestion précise de l’énergie. Si le système dissipe mal la chaleur ou perd trop de puissance en distribution, les performances théoriques ne sont pas exploitables. La fiabilité en conditions réelles, sur des millions de cycles et sur plusieurs années, est aussi un défi sérieux que les benchmarks en laboratoire ne révèlent pas.
Mahajan insiste sur un point souvent négligé : l’emballage avancé exige une collaboration large. Les matériaux, les équipements, les standards d’interface, les logiciels de conception et les procédés de fabrication impliquent des dizaines d’acteurs. Aucune entreprise ne peut tout maîtriser seule. L’industrie a besoin de standards communs pour que les chiplets de fournisseurs différents puissent s’assembler sans friction. C’est exactement ce type de tension industrielle que l’on retrouve dans d’autres segments des semi-conducteurs, comme la lithographie, où la compatibilité entre équipements devient un argument de vente à part entière.
Substrats en verre et optique co-packagée : les prochaines étapes
EMIB n’est pas le point final. Intel travaille déjà sur des substrats en verre, qui offrent une meilleure stabilité dimensionnelle et une densité d’interconnexion plus élevée que les matériaux organiques traditionnels. L’autre piste est l’optique co-packagée, qui intègre des connexions photoniques dans le boîtier pour transférer les données à très haute vitesse avec une consommation plus faible. Ces technologies répondent au même problème fondamental : comment continuer à faire évoluer les performances système quand la loi de Moore ne suffit plus seule.
Pour Intel Foundry, le message sous-jacent est clair : les clients qui concééront les systèmes IA de demain n’achèteront pas uniquement du procédé de gravure. Ils achèteront une capacité d’intégration système. L’emballage avancé devient donc un différenciateur pour les fonderies, au même titre que la qualité du nœud ou le rendement par wafer.
Questions fréquentes
Qu’est-ce que l’EMIB d’Intel ?
L’EMIB (Embedded Multi-die Interconnect Bridge) utilise de petits ponts en silicium intégrés dans le substrat pour connecter plusieurs puces dans un même boîtier. Intel a commencé sa production en 2013 et rendu la technologie publique en 2014.
Pourquoi l’emballage avancé est-il important pour l’IA ?
Les modèles IA sont limités par la bande passante mémoire et l’efficacité des transferts de données. Rapprocher physiquement les blocs de calcul et de mémoire via un emballage dense réduit la latence et la consommation énergétique.
Quelle est la différence entre une puce monolithique et une architecture chiplet ?
Une puce monolithique intègre toutes les fonctions sur un seul morceau de silicium. Une architecture chiplet assemble plusieurs blocs spécialisés, chacun potentiellement fabriqué sur un nœud différent, dans un même boîtier.
Quelles technologies succèderont à EMIB ?
Intel travaille sur les substrats en verre (meilleure stabilité et densité) et l’optique co-packagée (connexions photoniques haute vitesse basse consommation). Ces deux pistes visent à dépasser les limites des matériaux organiques actuels.
La collaboration entre industriels est-elle indispensable pour l’emballage avancé ?
Oui. L’emballage avancé implique des matériaux, équipements, standards d’interface et logiciels qui mobilisent des dizaines d’acteurs. Sans standards communs, l’interopérabilité entre chiplets de fournisseurs différents reste difficile.
Via : Intel Newsroom
