Un circuit intégré, souvent appelé « puce électronique », est un ensemble de composants électroniques miniaturisés gravés sur une petite plaque.
Voici à quoi ça ressemble :
Les circuits intégrés sont devenus incontournables pour tous les appareils fonctionnant avec de l’électronique : smartphones, ordinateurs, électroménager, voitures, équipements médicaux, centrales électriques, armes militaires… Aujourd’hui, ils jouent un rôle crucial dans le développement de l’Intelligence Artificielle.
- Les circuits intégrés sont les champions de la miniaturisation : ils regroupent sur une petite surface des millions des composants électroniques (transistors, diodes, résistances…) ;
- Ils peuvent avoir différentes fonctions : calcul informatique, stockage de données, capteur…
- Ils facilitent la création d’appareils électroniques, en réduisant la taille, la consommation énergétique, les pannes et le coût de fabrication des appareils électroniques.
Ce sont des briques élémentaires de notre monde moderne, pourtant, seulement 3 pays produisent quasiment tous les circuits intégrés : les USA, la Corée du Sud et Taiwan. Cette situation est susceptible de déclencher une guerre mondiale avec la Chine 👀
Laissez-moi vous expliquer tout ça 🙂
La création et l’évolution des circuits intégrés
En 1958, Jack Kilby, qui travaille pour Texas Instruments, invente le premier circuit intégré. Il s’agit de plusieurs composants électroniques (transistors, résistances, diodes…), gravés sur une seule plaquette de silicium, protégé par un boitier en plastique. Il n’est donc plus nécessaire de souder manuellement des fils pour relier les différents composants. Des connecteurs, répartis à la périphérie, permettent d’envoyer des informations au circuit et de réceptionner les résultats. Ce concept révolutionnaire va beaucoup simplifier la production des appareils électroniques, ce qui vaudra un prix Nobel de physique à Jack Kilby en 2000.
Le circuit intégré ouvre la voie de la miniaturisation électronique : au fil des années, la gravure devient de plus en plus fine, ce qui permet d’intégrer de plus en plus de composants dans un même espace. La miniaturisation a beaucoup d’avantages, elle permet de réduire :
- l’espace occupé ;
- la consommation énergétique ;
- les pannes ;
- les coûts de fabrication.
La miniaturisation se poursuit encore aujourd’hui, c’est d’ailleurs une véritable course technologique car les fabricants cherchent à produire des circuits intégrés toujours plus performants. A l’heure de la rédaction de cet article, un transistor de circuit intégré mesure 3 nanomètres, c’est à dire 0,000003 millimètres (Numerama). Pour vous donner une idée : c’est l’épaisseur d’une quinzaine d’atomes de silicium 😮
Utilisation des circuits intégrés
A partir de 1962, les circuits intégrés ont été utilisés par l’armée américaine pour guider des missiles nucléaires. Ceci souligne l’enjeu hautement stratégique des circuits intégrés pour un pays : ne pas en avoir signifie être quasiment sans défense face à un ennemi.
Heureusement, les circuits intégrés sont également utilisés à des fins non-militaires, notamment comme :
- Microprocesseurs : pour calculer les informations nécessaires au fonctionnement des ordinateurs, des smartphones et de tout autre appareil électronique (lisez mon article sur le CPU).
- GPU : pour calculer des images, ce qui est particulièrement important pour les jeux vidéo et les télévisions (lisez mon article sur le GPU).
- Mémoires : pour stocker des données, avec et sans alimentation électrique (carte flash d’appareil photo, clé USB, disque dur SSD, mémoire RAM d’ordinateur…)
- Capteurs : de lumière, de température, de mouvements, de pression, de champ magnétique…
Comme vous pouvez le constater, les circuits intégrés offrent une palette de services vraiment large ! Leur capacité à effectuer de nombreuses fonctions électroniques dans un espace compact et à faible coût explique le succès de cette technologie et leur intégration à quasiment tous les aspects de la vie quotidienne.
Fabrication des circuits intégrés
La matière première habituellement utilisée pour fabriquer des circuits intégrés est le silicium. Ce matériau est disponible en abondance sur Terre, ce qui rend son prix abordable. Le silicium a des propriétés électriques de semi-conducteur qui lui permettent de rendre tous les précieux services cités précédemment.
- La fabrication d’un circuit intégré commence par la fabrication d’un barreau de silicium pur à 99,99%, qui peut faire jusqu’à 30 cm de diamètre.
- Une fois prêt, ce barreau est découpé en galettes de moins d’un millimètre d’épaisseur, appelées « wafer » (ce qui signifie « galette » en anglais).
- Des dizaines de circuits intégrés seront gravés sur le wafer par plusieurs procédés (vernissage, photolithogravure, exposition aux ultraviolets, dopage du silicium, etc.)
- Une fois la gravure terminée, une première phase de tests est réalisée directement sur le wafer (appelée EWS). Les puces non fonctionnelles sont marquées, elles seront rejetées.
- Le wafer est alors découpé à la scie circulaire au diamant (d’une épaisseur de 0,02 mm) pour individualiser chaque circuit intégré.
- Ensuite, les circuits sont placés dans leur boitier et reliés aux connecteurs.
- Enfin, une seconde phase de tests, va être réalisée sur chaque circuit intégré pour valider qu’il fonctionne parfaitement.
Un circuit intégré défectueux est susceptible d’engendrer des catastrophes comme par exemple : une voiture qui ne freine plus, un crash aérien ou une explosion nucléaire… Il vaut mieux tester 2 fois 😅
Vous avez déjà lu une bonne partie de cet article, j’ai l’impression qu’il vous intéresse 👍
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Fabricants de circuits intégrés et guerre commerciale avec la Chine
Faire se côtoyer des millions de composants électroniques dans quelques centimètres carrés n’est pas une tâche facile et ça nécessite des investissements financiers de plusieurs milliards d’euros. De ce fait, il y a relativement peu de fabricants de circuits intégrés par rapport à l’importance de ces composants dans nos sociétés. Les principaux fabricants de circuits intégrés en 2021 étaient :
Corée du Sud
Taïwan
Vous noterez que les 10 principaux fabricants sont tous issus de 3 pays : les USA, la Corée du Sud et Taïwan, qui sont des pays alliés. Cela place la Chine dans une position très inconfortable car elle ne dispose pas d’une production de circuits intégrés importante sur son sol. Si la Chine ne peut pas en acheter, elle ne pourra pas :
- subvenir aux besoins de son industrie en matériel électronique, et elle sera alors moins compétitive.
- équiper son armée avec des armes modernes (pas de circuit intégré dernière génération = pas d’arme dernière génération)
- faire progresser sa recherche scientifique, notamment dans l’Intelligence Artificielle qui est très gourmande en circuits intégrés performants (et militairement stratégique).
Bref, ce scénario serait très embêtant pour la Chine…
Malheureusement, ce scénario se déroule en ce moment même !
Le 7 octobre 2022, les USA ont passé une loi pour limiter très fortement les exportations des circuits intégrés américains vers la Chine. Ils ont demandé à leurs alliés Coréens du Sud et Taiwanais d’en faire autant, ce qu’ils ont accepté (01Net).
Le 21 décembre 2023, la Chine a répliqué en interdisant l’exportation des terres rares, dont elle a quasiment le monopole et qui sont indispensables pour fabriquer des produits high-tech (La Tribune). Aussi, la Chine investit massivement dans sa propre industrie pour pouvoir produire des circuits intégrés sur son territoire, ce qui devrait lui permettre d’être autonome à moyen terme (Le monde informatique).
Bref, la guerre commerciale est ouvertement déclarée entre les 2 blocs 👀
L’économiste Frédéric Bastiat disait : « Quand les marchandises ne traversent pas les frontières, les soldats le feront », espérons que ce ne sera pas le cas 😧
Merci pour votre attention 🙂, j’espère que cet article vous aura donné une idée claire de ce que sont les circuits intégrés, ainsi que de leur importance dans notre monde, aujourd’hui et demain 👍
La principale source d’informations pour cet article est la page Wikipédia sur les circuits intégrés. certaines images proviennent de Pixabay. Merci aux bénévoles qui contribuent à améliorer et maintenir ces sites 👍