La compétitivité de l’intelligence artificielle ne se joue pas uniquement sur le nombre de transistors, les nanomètres ou la puissance brute des GPU. De plus en plus, la différence se décide par la façon dont les différents composants s’interconnectent au sein d’un même système : puces de calcul, mémoire, accélérateurs, commutateurs et architectures innovantes reposant sur des chiplets. Dans ce contexte, l’emballage avancé a cessé d’être un simple aspect secondaire du secteur des semi-conducteurs pour devenir une technologie stratégique.

Intel souhaite illustrer cette idée en mettant en lumière Ravi Mahajan, Fellow d’Intel et responsable de la recherche en substrates et emballages avancés chez Intel Foundry, une figure clé derrière la technologie EMIB (Embedded Multi-die Interconnect Bridge). Cette technologie permet de connecter plusieurs puces au sein d’un même boîtier via de petits ponts en silicium intégrés dans le substrat, offrant une densité d’interconnexion supérieure aux approches traditionnelles.

Les explications de Mahajan interviennent alors que l’IA pousse l’industrie vers des conceptions de plus en plus sophistiquées. Il ne suffit plus de fabriquer des puces monolithiques plus volumineuses. Les limites physiques, économiques et thermiques obligent désormais à combiner différentes pièces spécialisées dans un système unique. Et pour que cette fusion fonctionne, l’emballage joue un rôle aussi crucial que le processus de fabrication en lui-même.

De la prise en charge physique à la conception du système

Pendant des décennies, l’emballage était considéré comme une simple couche de protection et de connectivité : il enveloppait le silicium, facilitait le contact électrique avec la carte et aidait à dissiper la chaleur. Son importance était reconnue, mais il ne se trouvait que rarement au centre des débats technologiques. Aujourd’hui, cette vision a évolué.

Mahajan rappelle qu’en arrivant chez Intel il y a plus de 30 ans, l’industrie se préoccupait de dissiper quelques watts. Aujourd’hui, les systèmes avancés peuvent gérer des charges pouvant atteindre des kilowatts. Cette évolution explique pourquoi la conception n’est plus uniquement centrée sur le seul puce. Il faut désormais penser au système dans son ensemble : comment le courant circule, la façon dont les données se déplacent, comment les blocs de mémoire et de calcul sont interconnectés, et comment garantir la fiabilité dans un environnement de plus en plus complexe.

EMIB est né précisément de cette nécessité. À ses débuts dans les années 2000, Intel a commencé à explorer si l’emballage pouvait aussi posséder ses propres mécanismes d’échelle. Le défi résidait dans la densité d’interconnexion : combien de signaux peuvent entrer et sortir d’une puce efficacement. Les solutions traditionnelles n’évoluaient pas au rythme des futurs designs. C’est pourquoi l’équipe a envisagé d’intégrer des interconnexions en silicium directement dans le boîtier.

L’idée paraissait simple sur le papier : utiliser un petit morceau de silicium inséré dans le substrat pour relier des puces avec un pas très fin. Cependant, sa mise en production a nécessité de résoudre des problèmes liés aux matériaux, aux tensions mécaniques, à la fabrication et à la fiabilité. Intel a commencé à déployer EMIB dans ses programmes de production dès 2013, en le rendant public en 2014.

Pourquoi l’IA requiert un emballage avancé

L’IA moderne est limitée par un défi fondamental : le transfert de données. Les modèles volumineux demandent non seulement davantage de puissance de calcul, mais aussi un plus large bande passante mémoire et une interconnexion plus efficace entre les blocs du système. Dans de nombreuses charges de travail, l’énergie et le temps ne se consacrent pas uniquement au calcul, mais aussi à acheminer l’information là où elle doit être traitée.

L’emballage avancé permet de rapprocher ces composants. Au lieu de dépendre d’une seule puce gigantesque, les fabricants peuvent assembler plusieurs chiplets optimisés pour diverses fonctions. Un module peut être fabriqué avec un processus avancé pour la logique, un autre avec un nœud différent pour l’I/O, un troisième pour la mémoire ou l’accélération spécialisée. La clé réside dans la capacité à les connecter avec une densité et une efficacité suffisantes pour assurer un fonctionnement intégré.

Dans cette optique, EMIB offre une alternative aux autres solutions d’interconnexion. Plutôt que d’utiliser un interposant en silicium complet sous tous les composants, il emploie de petits ponts uniquement là où les connexions en matrice sont nécessaires. Cela peut réduire la complexité, le coût, tout en permettant une communication à haute densité entre composants proches.

Pour Intel Foundry, le message est clair : les clients ne conçoivent plus seulement des puces, mais des systèmes entiers. L’emballage avancé leur donne la possibilité de dépasser les limites de taille, d’intégrer diverses technologies, d’utiliser des nœuds différents ou de combiner des composants de divers fournisseurs selon le design.

Le nouveau goulot d’étranglement : énergie, chaleur et interconnexion

Les progrès dans l’emballage ne vont pas sans défis. À mesure que la densité d’interconnexion augmente, la complexité des matériaux, de l’assemblage, de l’alimentation électrique, de la dissipation thermique et de la validation s’accroît également. Un système avec plusieurs chiplets doit non seulement offrir de bonnes performances, mais aussi garantir une fiabilité durable et une fabrication reproductible à grande échelle.

L’énergie devient un enjeu majeur. Fournir efficacement de la puissance à plusieurs composants au sein d’un même boîtier est tout aussi crucial que le transfert de données. Si le système perd trop d’énergie ou ne peut dissiper la chaleur générée, ses performances théoriques ne sont plus exploitables.

Intel affirme que son avantage réside dans la capacité à faire évoluer ces technologies depuis la recherche vers une fabrication à grande échelle. En emballage avancé, il ne suffit pas de prouver un concept ; il faut une infrastructure industrielle, un contrôle précis des processus, une expertise en matériaux, des outils de conception et la capacité à répéter ces résultats à grande échelle.

Mahajan insiste également sur la nécessité de la collaboration. L’emballage avancé dépend de matériaux, équipements, standards, logiciels et processus de fabrication. Aucune entreprise seule ne peut tout maîtriser. Une meilleure coordination dans l’industrie est indispensable pour que les chiplets et architectures innovantes progressent avec moins de friction.

Verre, optique et avenir de l’emballage

Les prochaines années ne seront pas seulement marquées par EMIB. Intel explore déjà d’autres solutions telles que l’interconnexion optique, l’optique co-packagée et les substrats en verre. Toutes ces pistes répondent à une problématique essentielle : comment faire évoluer les systèmes sans que la circulation des données, la gestion thermique ou la consommation énergétique deviennent des obstacles insurmontables.

Les substrats en verre, par exemple, pourraient offrir des avantages en termes de stabilité dimensionnelle, de densité d’interconnexion et de scalabilité par rapport aux matériaux organiques traditionnels. Leur intégration d’optique dans le proche environnement du boîtier pourrait permettre de transférer les données à haute vitesse tout en consommant moins d’énergie dans des systèmes toujours plus grands.

En synthèse, la loi de Moore ne pourra plus tout porter seule. Si l’industrie continuera à réduire les transistors là où c’est possible, la performance globale du système dépendra de plus en plus de la capacité à combiner intelligemment différentes pièces. EMIB illustre cette approche : plutôt que de réaliser un seul grand circuit à tout prix, il s’agit de relier plusieurs puces de manière plus sophistiquee.

Pour l’IA, cette transition revêt une importance particulière. La croissance des modèles, la criticité accrue de la mémoire, ainsi que la nécessité de performances par watt dans les centres de données seront des facteurs déterminants. L’emballage avancé n’est peut-être pas spectaculaire pour l’utilisateur final, mais il peut définir la viabilité des systèmes, leur consommation d’énergie et leur capacité à évoluer.

Intel souhaite rappeler que cette bataille se joue aussi sur un terrain où l’entreprise investit depuis des années. Si la prochaine étape de la computation repose sur des chiplets, une mémoire intégrée, des interconnexions denses et des packagings de plus en plus complexes, alors des technologies comme EMIB cesseront d’être une niche pour devenir une composante essentielle de l’architecture moderne.

Questions fréquentes

Qu’est-ce que l’EMIB d’Intel ?
L’EMIB est une technologie d’emballage avancé utilisant de petits ponts en silicium intégrés dans le substrat pour relier plusieurs puces dans un même package.

Pourquoi est-ce crucial pour l’intelligence artificielle ?
Parce que l’IA nécessite de transférer d’énormes volumes de données entre calcul et mémoire. Des interconnexions plus denses et efficaces permettent d’augmenter la bande passante tout en limitant la consommation d’énergie.

En quoi consiste la différence entre une puce monolithique et un design à chiplets ?
Une puce monolithique intègre toutes ses fonctions sur un seul silicium, tandis qu’un design à chiplets assemble plusieurs blocs spécialisés dans un même boîtier.

Quelles technologies pourraient définir l’avenir de l’emballage avancé ?
Intel évoque la scalabilité des interconnexions, l’optique co-packagée, ainsi que de nouveaux matériaux comme les substrats en verre.

via : newsroom.intel