Sable, usine et canal : la vie d’un processeur

Wind Of Change...

Pour nous changer de l'habituelle litanie des tests de Processeurs, Cartes Graphiques et autres Cartes mères, nous nous sommes récemment fixé un objectif insensé ; celui de suivre la vie d'un processeur de sa fabrication à sa commercialisation. Pour parvenir à nos fins le géant américain Intel a bien voulu nous ouvrir les portes d'une de ses usines européennes, la Fab 24 située en Irlande, non loin de Dublin. Pour cette expédition pas comme les autres rendez-vous était pris à l'aéroport international de Roissy Charles De Gaulle, et plus précisément au terminal trois. Car avant de nous faire visiter l'une des usines les plus modernes d'Europe, Intel voulait nous dépayser quelque peu, direction une destination tenue secrète jusqu'au dernier moment. Nous avions bien reçu en guise d'indice une bouteille de verre remplie de sable et contenant un parchemin sibyllin, mais quelle ne fut pas notre surprise d'atterrir en plein désert marocain, dans les dunes de Merzouga pour un bivouac improvisé. À première vue il n'y a pas grand processeur qui pousse dans le désert, et pourtant cela serait oublier bien vite la matière première d'un processeur : le sable. C'est donc de ce sable et plus précisément de sa matière, le silicium, que tout a commencé il y a maintenant une quarantaine d'années, époque à laquelle Gordon Moore, fondateur d'Intel, énonçait sa fameuse prédiction qui est devenue depuis la « loi de Moore » et selon laquelle le nombre de transistors au sein d'un processeur double tous les dix-huit mois.

Le détour marocain accomplit, rendez-vous fut pris pour la deuxième étape de notre quête ; l'édition 2005 de l'Intel Solutions Summit, un événement européen se déroulant en Irlande et rassemblant tout le gratin de ce qu'Intel appelle le « Channel ». Non il n'est pas question ici de haute couture, mais bien d'informatique et plus précisément de circuit de distribution. Derrière l'anglicisme « Channel » se cachent en effet les intégrateurs et autres revendeurs qui à longueur d'année conçoivent et commercialisent des solutions basées sur les processeurs Intel. L'ISS est pour Intel l'occasion de rencontrer ses clients, de leur présenter les nouveautés à venir tout en faisant le point sur leurs besoins. Dans cet article nous reviendrons donc largement sur la Fab 24 irlandaise mais aussi sur l'organisation du channel histoire de mieux cerner la vie d'un processeur, de sa fabrication à sa commercialisation auprès du grand public.

Prélude à la Fab 24 - Dublin Irlande

L'Irlande est un pays névralgique pour l'industrie informatique puisque c'est dans cette île, au demeurant très pieuse (comme nous l'avons compris en entrant dans le taxi, accueillit que nous fumes par la Sainte Vierge trônant sur le tableau de bord), que les plus grands groupes internationaux ont choisi d'implanter leurs usines européennes. y produit par exemple ses ordinateurs alors qu'Intel y fabrique certains de ses processeurs. Microsoft n'est pas non plus en reste et à titre d'information les logiciels du géant de Redmond sont également pressés et packagés sur cette terre celte. Avant d'aborder la visite de la Fab 24 nous dûmes faire face à quelques épreuves imposées comme des danses irlandaises un petit peu trop martiales à notre goût ou bien le calvaire du petit déjeuner où se cachait de la carotte (oui mon bon monsieur, de la carotte !) dans une sorte de cake étouffant. Faisant contre mauvais cake bon cœur, nous suivions tout de même, affamés que nous étions, notre attaché de presse Intel favori, alias gentil organisateur, pour nous diriger vers un bus. Certes nous aurions préféré emprunter l'une des Bentley ou Rolls Royce garées devant l'hôtel, voir pourquoi pas le bruyant hélicoptère, mais faute de mieux nous nous rabattions sur le bus qui en un petit peu plus d'une demi-heure de route nous conduira au saint des saints : le site de production irlandais d'Intel.


En arrivant, nous comprenons bien vite que la philosophie d'Andy Groove, l'autre fondateur d'Intel, sévit toujours dans les murs de la société où seuls « les paranoïaques survivent » (titre d'un ouvrage d'Andy Groove). Notre bus est en effet accueilli dès son arrivée par une voiture de la sécurité qui ne nous quittera plus et nous escortera jusqu'au hall d'accueil de l'usine. Pas question pour le bus de se garer et de nous libérer sur le parking. Non pensez-vous, nous aurions pu prendre des photographies du complexe ! L'appareil photo est d'ailleurs banni de ces lieux, histoire de ne pas trahir de secret industriel... Nous obtempérons donc à regret en remettant nos appareils au personnel de sécurité qui prend soin de kidnapper par la même occasion nos sacs, des fois qu'on puisse les remplir de processeurs, on ne sait jamais après tout ! On nous remet alors le badge 'Visiteur' et l'indispensable billet d'accueil qui comprend des consignes essentielles et vitales à la survie du journaliste en goguette avec notamment le numéro de téléphone du poste central de sécurité (77777 pour ceux que cela intéresse) ou des conseils éclairés comme « ne pas courir dans les escaliers », « obéissez aux consignes de sécurité » ou encore « la vitesse dans le parking est limitée à 10 mph ». Après cet accueil plutôt cavalier qui nous fait nous demander où est situé le mirador le plus proche, nous nous dirigeons dans un amphithéâtre où l'un des cadres de l'usine nous présente en détail, et de manière plutôt intéressante (si, si) le site, son organisation et son activité.


Situé dans la banlieue de Dublin, plus précisément à Leixlip, le complexe européen d'Intel est un site industriel imposant qui s'étale sur près de 150 hectares, soit plus de 180 terrains de football, et comporte plusieurs unités de production ainsi qu'un campus accueillant l'Intel Information Technology Innovation Centre. À son ouverture en 1989 Intel disposait dans le parc industriel de Collinstown de deux fabs : les Fabs 10 et 14 qui ont plus tard été unifiées pour devenir une seule et même entité de production. Cette dernière a fabriqué en avril dernier son milliardième processeur et fonctionne avec des Wafers de 200mm, l'occasion pour nous de rappeler ce qu'est un faire et comment on fabrique un processeur.

Dis papa, comment on fait les processeurs ?

Pour fabriquer un microprocesseur, il faut au bas mot accomplir quelque 300 étapes différentes. Tout commence avec le Wafer dont la traduction anglaise littérale signifie gaufrette. Faute de pâtisserie, le Wafer est en vérité un disque constitué d'un matériau semi-conducteur très pur de silicium monocristallin. Les Wafers ne poussant pas dans la nature ils sont fabriqués par la main de l'homme sous forme de lingots qui sont ensuite tranchés pour obtenir cette sorte de miroir circulaire sans la moindre imperfection que vous voyez ci-dessous. La première étape consiste à chauffer le wafer en le plaçant dans un four à très haute température afin de faire apparaître une couche d'oxyde qui agira comme un isolant (sorte de portier électrique empêchant ou permettant au courant de circuler). Le Wafer est ensuite enduit d'une substance photosensible qui devient soluble lorsqu'elle est exposée aux lumières ultra-violettes. Puis c'est le tour de la lithographie, où le cœur des puces et donc les millions de transistors qu'elles contiennent sont déposés sur le wafer. Rappelons, pour vous donner une idée d'échelle qu'un transistor est mille fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu humain et que son fonctionnement se résume à laisser passer ou non le courant. Schématiquement un transistor peut allumer ou éteindre la lumière près d'un trillion de fois à la seconde.


À l'instar d'un développement photographique, la lithographie consiste à transférer un masque du processeur (empreinte que l'on peut comparer à un négatif) par l'émission de rayons ultraviolets qui exposent certaines zones du Wafer, d'autres étant protégées par ledit masque. Le vernis photosensible des zones exposées devient alors poisseux et la couche gélatineuse qu'il forme est dissoute par un solvant révélant l'empreinte laissée par le masque. Certaines parties apparentes d'oxyde de silicium qui ne sont pas protégées par le vernis sont pour leur part creusées par un agent corrosif, c'est ce qu'on appelle l'« etching » ou tout simplement la gravure. Les restes de la couche de vernis non exposée sont à leur tour supprimés et on recommence ensuite l'opération pour créer la couche suivante. On développe donc à nouveau une couche d'oxyde puis une couche de vernis, sur la première couche obtenue précédemment afin de former les différents étages de la puce et d'autres matériaux sont introduits comme le polysilicium qui conduira le courant. Le Wafer subit ensuite le « doping » (ou dopage en français). Cette opération consiste à bombarder les zones exposées du Wafer par des ions chargés négativement et positivement afin d'altérer la façon dont le courant circule dans la puce. Au passage, une très fine couche d'isolant est déposée pour laisser passer le champ électrique crée par les variations du courant traversant le transistor et éviter le phénomène de leakage. Les différentes couches sont alors reliées entre elles par la formation de trous qui seront plus tard remplis avec un matériau conducteur visant à créer les interconnexions (cuivre, aluminium, etc.).


Typiquement, un Wafer peut comporter plusieurs centaines de puces et sa capacité exacte dépend de la technologie employée. Ainsi, un Wafer de 300 mm peut comporter jusqu'à deux fois plus de puces que le même Wafer en 200 mm. Intel indique à ce sujet qu'un Wafer de 300 mm peut compter jusqu'à 500 processeurs Prescott. Une fois le Wafer produit, il faut le tester : une première inspection est effectuée au moyen d'un microscope à balayage électronique avant un test global de tous les processeurs présents sur le Wafer. Une fois validé, le Wafer est découpé pour obtenir autant de processeurs qu'il comporte de dies. Dies qui devront bien sûr être assemblés, c'est-à-dire câblés électriquement, pour être opérationnels et insérés dans ce qu'on appelle le packaging. C'est uniquement en toute fin de production que la puce est testée pour déterminer sa fréquence maximale de fonctionnement avant d'être marquée. Chez Intel cette opération se fait traditionnellement en Asie, l'usine irlandaise se contentant de produire les wafers. L'IFO ou Ireland Fab Operations d'Intel est ainsi capable de produire différents types de puces comme de la mémoire flash en 0,13 µ, des microprocesseurs bien sûr, des chipsets en 0,18 µ ou bien encore des puces réseaux.

Des contraintes exceptionnelles...

La fabrication d'un Wafer étant un processus on ne peut plus délicat et complexe, Intel est obligé de prendre des mesures draconiennes pour y parvenir, à commencer par la construction de ses usines. La construction d'une usine de semi-conducteurs exige du personnel qualifié et l'emploi de matériaux spéciaux ce qui représente au final près de 25 % des frais totaux d'une installation. Par exemple, l'implantation irlandaise d'Intel a nécessité une stabilisation spéciale de l'édifice pour la chambre blanche qui repose, pour éviter toutes vibrations, sur plus de 1600 colonnes de béton. Les bâtiments sont également séparés les uns des autres là encore pour éviter les vibrations engendrées par les trains et autres camions. La durée de vie d'une usine est estimée à une dizaine d'années pendant lesquelles celle-ci reste au top de la technologie. Au sujet de la protection de l'environnement, une équipe de 35 ingénieurs spécialisés dans cette problématique a été mise en place par Intel dans son usine irlandaise qui répond par ailleurs au standard ISO 140001. Intel annonce, qui plus est, recycler près de 70% des déchets non toxiques, mais ne parle pas des autres.

La poussière étant l'ennemi juré du Wafer, les unités de production disposent d'un système de ventilation qui régénère l'intégralité de l'air toutes les six secondes par le biais d'une aspiration par le sol, c'est pourquoi ce dernier est constitué d'un grillage de plastique. Pour pénétrer dans ces chambres propres les employés doivent s'attifer comme de véritables cosmonautes avec des combinaisons en Gore-Tex et la propreté y est annoncée comme mille fois supérieure à celle d'une salle d'opération. Signalons que l'éclairage est constitué d'une lumière orangée conçue pour ne pas perturber les processus photosensibles alors qu'à aucun moment la main de l'homme ne touche les Wafers. Un circuit entièrement automatisé de transport des Wafers traverse en effet le plafond de l'usine et déplace les piles de Wafers d'une unité à l'autre pour éviter le moindre contact avec des agents polluants.

Intel Fab 24 - Dublin, Irlande

La Fab 24, que nous avons visité, est l'unité la plus récente du site industriel irlandais d'Intel puisqu'ouverte en juin 2004 après un investissement de près de deux milliards de dollars. Elle exploite des Wafers de 300 mm et opère avec une finesse de gravure de 90 nm : il s'agit d'une des usines de semi-conducteurs les plus avancées au monde et elle fabrique notamment certains processeurs dual-core comme les Pentium D. Sur la douzaine d'usines dont dispose Intel à travers le monde, le complexe irlandais d'Intel représente la quatrième usine la plus importante et fonctionne 24 heures sur 24, sept jours sur sept tout en revendiquant près de 5100 emplois directs ou indirects. Si le cœur même de bien des processeurs Intel est fabriqué dans la Fab 24 irlandaise les opérations d'assemblage et de mise en boîte ont lieu dans d'autres sites dispersés à travers le monde comme nous le signalions précédemment. Intel communique quelques éléments amusants sur la Fab 24 qui comporterait quelque 4500 km de câbles, 110 km de tuyaux, 22600 ampoules, 17000 tonnes d'acier et consommerait 24 mégawatts par an.


D'ici 2006, Intel devrait ouvrir la Fab 24-2, d'une surface de 5000 m², qui après un investissement supplémentaire de 2 milliards de dollars, produira des puces en 65 nm. Depuis 1989 Intel a injecté près de 7 milliards de dollars sur son site de production en Irlande. Il est important de préciser qu'Intel est l'un des rares industriels à pouvoir faire évoluer ses méthodes de fabrication sans interrompre la production : dans une semaine normale, près de 80 changements peuvent intervenir pour optimiser le processus de fabrication. Tous sont documentés et partagés entre les usines du groupe, Intel ayant opté pour une stratégie assez unique baptisée « Copy Exactly ». Chaque usine utilise donc les mêmes procédés, équipements, fournisseurs et méthodes de formation et chaque usine devient identique permettant ainsi de commencer la fabrication d'un wafer donné dans une usine et de le terminer dans une autre usine avec un rendement identique. De plus, le passage d'une finesse de gravure à l'autre se fait chez Intel de manière glissante là encore sans paralyser la production.

Le channel : nerf de la guerre pour Intel

1995 : c'est la date à laquelle tout a commencé et où les processeurs Intel ont fait leur apparition dans le commerce en version boîte, notamment avec les fameux Overdrive. À l'origine, la diffusion des processeurs en boîtes se bornait à la Chine et à l'Australie. Dix ans plus tard, Intel commercialise ses mêmes processeurs dans plus de 120 pays et cette seule activité représente le tiers de son business. En une décennie, Intel a ainsi écoulé quelque 200 000 millions de produits boîte et on estime qu'il serait possible de construire 40 Boeing 747 avec tous les radiateurs Intel fabriqués chaque trimestre. Pour rester dans les informations amusantes sachez qu'il se vend dans le monde 100 processeurs Intel et 10 cartes mères Intel toutes les minutes.

Mais revenons-en au channel ou canal en bon français : Intel fêtait en ce début d'année, le dixième anniversaire de son programme 'Reseller Channel' qui regroupe en un réseau organisé les distributeurs, revendeurs et intégrateurs locaux diffusant ses produits. À ses débuts en 1994, le réseau des distributeurs Intel comptait quelques 200 membres contre plus de 160 000 aujourd'hui. Ceux-ci profitent de différents programmes comme l'IPP (Intel Premier Provider) ou l'IPI (Intel Product Integrator) qui donnent droit à divers avantages. En fonction du programme auquel l'intégrateur ou le revendeur adhère, Intel lui accorde des ristournes, mais également des aides pour des campagnes marketing ponctuelles (prêt de PLV, de produits, etc.) en sus d'un support technique adéquat et de programme de formations. Le but avoué d'Intel est de pousser les nouvelles technologies et de faciliter l'évolution avec ce genre de campagnes. En France, le canal compte quelque trois mille clients actifs avec quatre distributeurs officiels (Ingram, Techdata, Arrow et Anet) et représente près de 20 % des ventes de processeur. Les membres du canal français, comme FGI, estiment avoir besoin d'un leader de la trempe d'Intel, capable de donner une vision commerciale du marché sur le long terme. Ainsi, le canal serait en train de vivre une mutation puisque les ventes se tourneraient essentiellement vers le mobile qui connaîtrait une croissance sans précédent. Beaucoup d'intégrateurs français que nous avons pu croiser dans les allées du salon, entre deux Guinness, nous ont indiqué être persuadés « qu'aucun boost sur les ventes de portable n'aurait été ressenti sans les campagnes marketing répétées d'Intel et sa technologie adaptée. »

Conclusion

Voilà qui conclut ce mini reportage. Alors que nous utilisons tous les jours des microprocesseurs, Intel ou non, il est toujours intéressant d'en apprendre un peu plus sur leur mode de fabrication... Pour en savoir encore plus sur la conception de composants informatiques comme les cartes mères, mémoire ou cartes graphiques nous vous conseillons de jeter un oeil au précédent reportage que nous avions consacré à ce sujet en cliquant ici.