Percée majeure dans le domaine des logiciels EDA RF en Chine ! Mao Junfa, académicien de l’Académie chinoise des sciences, évoque l’orientation et les perspectives d’avenir des circuits intégrés hétérogènes à semi-conducteurs.

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2022-03-17 286

Le 9 juin, lors de la Conférence mondiale des semi-conducteurs 2021 et de l'Exposition internationale des semi-conducteurs de Nanjing, Mao Junfa, académicien de l'Académie chinoise des sciences, membre du Comité permanent du Parti communiste chinois et vice-président de l'Université Jiao Tong de Shanghai, a déclaré que les circuits intégrés constituent un secteur stratégique pour la demande nationale. En 2020, la Chine a importé pour 350 milliards de dollars de circuits intégrés (contre 176 milliards de dollars d'importations de pétrole la même année). Les puces haut de gamme de mon pays dépendent donc essentiellement des importations.

Photo : Mao Junfa, académicien de l'Académie chinoise des sciences, membre du Comité permanent du Parti et vice-président de l'Université Jiao Tong de Shanghai

Il a notamment souligné trois raisons expliquant le retard de la Chine dans le domaine des circuits intégrés : 1. Les outils de conception assistée par ordinateur (CAO) sont à la traîne. Bien que de nombreux algorithmes de recherche existent, ils sont très dispersés et manquent de capacités de planification, d’intégration et de mise en œuvre. Les compétences en ingénierie logicielle à grande échelle sont faibles et l’expérience limitée, ce qui incite les utilisateurs à privilégier les logiciels nationaux ; 2. Les équipements sont en retard, principalement en raison de facteurs tels que les capacités globales et le contexte du marché ; 3. Les dispositifs et les circuits sont à la traîne, les matériaux performants sont insuffisants, et la précision et la stabilité des procédés de fabrication sont inadéquates.

Aujourd'hui, même avec de l'argent, il est impossible d'acheter des circuits intégrés. En mai 2020, le département du Commerce américain a annoncé des restrictions importantes sur les achats de semi-conducteurs fabriqués par Huawei avec des technologies américaines ; en avril 2021, des parlementaires américains ont proposé des contrôles à l'exportation pour toutes les entreprises chinoises de puces de moins de 14 nm.

Actuellement, deux grandes voies de développement s'offrent aux puces : la poursuite de la loi de Moore et le dépassement de celle-ci. La loi de Moore est bien connue. Nous sommes aujourd'hui confrontés à des défis, notamment liés aux limites physiques, aux moyens technologiques et aux coûts. Le simple calcul des coûts est une tâche ardue. Il existe de nombreuses manières de s'affranchir de la loi de Moore. L'académicien Mao Junfa estime que l'une d'entre elles réside dans les circuits intégrés hétérogènes.

Les circuits intégrés hétérogènes à semi-conducteurs seront l'une des voies possibles pour que les puces chinoises prennent l'ascendant dans certains secteurs.

Les circuits intégrés hétérogènes à semi-conducteurs, explique l'académicien Mao Junfa, sont obtenus en intégrant des dispositifs ou puces semi-conducteurs composés hautes performances, issus de différentes technologies de fabrication, et des dispositifs à base de silicium, économiques et hautement intégrés (y compris des dispositifs ou puces optoélectroniques). Ces derniers sont ensuite intégrés à des composants passifs ou des antennes par synthèse de liaisons hétérogènes ou par croissance externe. L'académicien Mao souligne que les circuits intégrés hétérogènes présentent des caractéristiques remarquables : premièrement, ils permettent d'intégrer les avantages de différents matériaux, procédés, structures et composants semi-conducteurs ; deuxièmement, ils adoptent une approche systémique ; troisièmement, ils mettent en œuvre des technologies avancées telles que la propriété intellectuelle et les puces de petite taille ; ils possèdent des structures haute densité 2.5D ou 3D. Les circuits intégrés hétérogènes offrent des avantages indéniables : premièrement, ils permettent de réaliser des fonctions complexes et performantes, d'excellentes performances globales et de dépasser les limites de performance d'un procédé semi-conducteur unique ; deuxièmement, ils se caractérisent par une grande flexibilité, une fiabilité élevée et des cycles de recherche et développement courts ; troisièmement, l'intégration tridimensionnelle permet une miniaturisation et un allègement du dispositif ; enfin, les exigences relatives aux équipements semi-conducteurs sont relativement faibles et ne sont pas limitées par les machines de lithographie EUV.

Il a notamment présenté les circuits intégrés hétérogènes à ondes millimétriques. « Les ondes millimétriques constituent une bande de fréquences allant de 30 GHz à 300 GHz. Grâce à leur large bande passante et à la miniaturisation des dispositifs, elles représentent un axe de développement majeur pour les circuits intégrés hétérogènes à semi-conducteurs à l'échelle mondiale. Trois raisons principales expliquent l'intérêt croissant des trois principaux acteurs du marché pour ces circuits : premièrement, pour répondre à de nombreux besoins, de la 5G et la 6G à la navigation aérospatiale, en passant par la conduite autonome et l'intelligence artificielle, la technologie des ondes millimétriques est indispensable, des équipements à l'Internet des objets ; deuxièmement, les systèmes à ondes millimétriques intègrent des circuits numériques, analogiques et micro-ondes radiofréquences, ce qui rend l'intégration hétérogène encore plus urgente ; troisièmement, les défis et les problèmes liés à l'hétérogénéité des ondes millimétriques sont plus complexes et importants. En raison de la haute fréquence et de la distribution des paramètres, l'intégration passe d'une approche linéaire à une approche spatiale ; la distance entre les modules n'est que de l'ordre de la microseconde et le couplage est étroit, ce qui complexifie le processus de conception. »

L'académicien Mao Junfa a souligné l'importance scientifique de l'étude des circuits intégrés hétérogènes à semi-conducteurs. Grâce à ces circuits intégrés, il est possible de passer du procédé homogène actuel à l'intégration de multiples procédés hétérogènes, de l'intégration planaire bidimensionnelle actuelle à l'intégration tridimensionnelle, et d'une approche descendante à une approche ascendante, permettant ainsi la réalisation de systèmes complexes à hautes performances. Cette étude présente un intérêt majeur : premièrement, elle ouvre de nouvelles perspectives pour le développement des technologies d'intégration des systèmes électroniques ; deuxièmement, elle représente une nouvelle orientation pour le développement des circuits intégrés à l'ère post-Moore ; et enfin, elle offre à notre industrie chinoise des circuits intégrés à semi-conducteurs une nouvelle voie pour accélérer son développement.

Les États-Unis espèrent que grâce aux circuits intégrés hétérogènes, il sera possible d'améliorer les performances du système électrique par un facteur 10, d'accroître la capacité et la vitesse de détection par un facteur 100 et de réduire la taille, le poids et la consommation d'énergie à un facteur 100 par rapport au niveau actuel.

Une avancée majeure dans le domaine des logiciels EDA RF domestiques obtient des résultats significatifs

La conception est à l'origine de la chaîne de valeur de l'industrie RF, et les logiciels d'automatisation de la conception électronique (EDA) RF sont essentiels à la conception des circuits RF et constituent un pilier fondamental de cette industrie. Lors de cette conférence, l'académicien Mao Junfa a déclaré que, pour répondre au besoin urgent de la Chine en logiciels EDA de circuits RF contrôlables de manière indépendante, une suite logicielle complète de simulation EDA RF, développée indépendamment par son équipe de recherche et celle du professeur Wu Linsheng, a été mise au point et commercialisée. Cette suite a remporté l'une des dix meilleures médailles d'or scientifiques et technologiques des universités chinoises. En 2020, l'équipe de recherche de Mao Junfa a remporté un autre projet national portant sur les interfaces radiofréquences 6G.

L'académicien Mao Junfa a déclaré que son équipe et celle du professeur Wu Linsheng, en collaboration avec Xinhe Semiconductor Technology (Shanghai) Co., Ltd., et grâce au soutien du Projet national 973, de la Fondation nationale des sciences naturelles, du Projet national majeur et du Plan de recherche scientifique de la Commission des sciences et technologies de Shanghai, entre autres, ont proposé des algorithmes de modélisation de simulation électromagnétique et multiphysique efficaces et développé un logiciel de simulation indépendant. Ce logiciel permet la conception collaborative automatisée multiphysique et multifonctionnelle de dispositifs. Forts de ces résultats, ils ont conjointement établi une bibliothèque de propriété intellectuelle (PI) pour les dispositifs passifs intégrés et développé divers produits. Ces derniers ont été promus et appliqués dans de nombreux domaines tels que les communications mobiles, les communications par satellite et les circuits intégrés, contribuant ainsi de manière significative à lever le blocus international dont bénéficie la Chine dans le domaine des logiciels de CAO radiofréquence.

Selon l'académicien Mao, ils ont collaboré avec Xinhe Semiconductor Technology (Shanghai) Co., Ltd. et lancé 48 logiciels commerciaux de CAO RF (conception électronique) et 500 modèles PDK de haute précision. De plus, leur bibliothèque IP de composants passifs intégrés, compatible avec les procédés de SMIC, a été produite en série à 350 millions d'exemplaires, permettant ainsi un contrôle quasi autonome des outils de CAO pour circuits intégrés RF passifs. Cette suite logicielle commerciale de CAO RF, développée conjointement, est actuellement utilisée par 200 clients dans les secteurs des semi-conducteurs, de l'aérospatiale, des radars, des communications, de l'automobile et autres. Parmi les utilisateurs figurent ZTE, Huawei, Lenovo, Foxconn, Hualan, China Electronics, AVIC et bien d'autres entreprises. La solution est également exportée vers des sociétés de renommée internationale telles que Cisco, Intel, IBM et Apple.

L'académicien Mao Junfa a également présenté les dernières avancées en matière de radar de reconnaissance gestuelle 4D, de microphones radar à ondes millimétriques, de radar biologique à ondes millimétriques, de radar intégré hétérogène sur puce en bande Wi et de filtres à bande passante simple/double basés sur la technologie BCB multicouche.

Il a finalement déclaré que les objectifs de recherche pour les cinq prochaines années sont axés sur les technologies fondamentales, notamment les outils et logiciels de CAO électronique, tels que la rétro-ingénierie de modèles et les technologies de collaboration multifonctionnelles et performantes. Le logiciel permet d'analyser et de concevoir des circuits intégrés hétérogènes à 3 couches et 6 puces, avec une fréquence de fonctionnement vérifiable jusqu'à 325 GHz. Les avancées dans ces technologies fourniront un support technique fondamental et indépendant pour le développement futur d'infrastructures nationales majeures et d'équipements essentiels comme les communications mobiles, l'Internet des objets et la détection radar. Les objectifs de recherche pour les dix prochaines années incluent l'intégration de l'optoélectronique et de l'électronique, un défi plus complexe. Nous espérons également accélérer le processus de croissance hétérogène et commercialiser pleinement le logiciel.

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