Comment Samsung va produire de la mémoire plus rapide et moins chère

Le passage de la gravure à 14 nm à celle en 12 nm va permettre à Samsung de produire des modules de mémoire RAM qui montent plus en fréquence (rapidité) et moins couteux à produire (plus de modules par wafer). De quoi accélérer l’adoption d’une mémoire qui, de manière étrange de prime abord, est gravée moins finement que la dernière génération de DDR4… Explications.

Si nous accueillons toujours avec plaisir les nouvelles évolutions technologiques, on aime encore plus celles qui permettent de faire baisser les prix. Comme cette annonce par Samsung de l’arrivée prochaine de nouveaux modules de mémoire vive DDR 5 gravés en 12 nm. Une évolution du procédé de fabrication qui va, selon les promesses de Samsung, permettre aux modules de mémoire d’être plus économes en énergie tout en étant « jusqu’à 23 % plus performants » que les modules DDR5 actuels gravés en 14 nm. Ce qui interpelle, c’est qu’un petit coup d’œil dans le rétroviseur permet de réaliser que Samsung livre déjà de la DDR 4 en 10 nm depuis le début de l’année 2022. Comment se fait-il qu’une mémoire vive plus moderne gravée moins finement soit plus rapide ? Et pourquoi diable Samsung ne grave-t-il pas directement sa DDR 5 dans son node de fabrication le plus fin ? Et quelles sont les performances annoncées de cette nouvelle mémoire ?

D’abord la vitesse…

Avant toute chose, précisons que le besoin le plus important en matière de mémoire concerne la vitesse plus que la quantité de mémoire. Certes, quelques très rares jeux vidéo PC commencent à demander 32 Go de RAM et repoussent les besoins graphiques au-delà des 12 Go, mais dans l’ensemble, la progression de la quantité de mémoire évolue lentement. Les PC plafonnent à 16 Go avec quelques références en 32 Go (hors usages professionnels), de même que les smartphones. Ce dont tous les secteurs ont en revanche besoin, c’est une accélération de la manière dont les données circulent entre les différents composants électroniques de nos machines. Et là, c’est un vrai goulet d’étranglement : alors que les puces pour PC, smartphones et autres supercalculateurs continuent de voir leur puissance augmenter de manière très importante d’année en année, la vitesse des échanges mémoire (RAM, réseau) grimpe bien plus doucement.

Lire aussi : DDR5 : la nouvelle génération de mémoire vive est finalisée et débarquera dans les PC en 2021  (juillet 2020)

Ce préambule permet donc d’expliquer pourquoi les futurs modules mémoire DDR5 de Samsung prévus pour le 4^e trimestre 2023 seront gravés un peu plus « grossièrement » que la génération DDR4 précédente. Car l’apport principal de la DDR5 est moins les capacités maximales théoriques des modules (même si elle est en hausse) que la façon dont transitent les informations. Sans rentrer dans les détails, la DDR5 apporte une meilleure gestion de la puissance ainsi qu’une tension plus basse (1,1V contre 1,2V) qui permet d’abaisser la consommation à fréquence égale – et d’aller taquiner de plus hautes fréquences. Sa vitesse supérieure, elle la doit aussi à sa manière d’adresser chaque module de mémoire non pas sur un seul, mais sur deux canaux, voire quatre pour les modules double rangée (dual-rank). Ce qui permet à Samsung d’affirmer que ses modules pourront aller jusqu’à 7,2 Gbit/s.

… Puis le contrôle, puis la finesse

Le enthousiastes de la finesse de gravure pourront se demander : « Mais pourquoi diable Samsung ne grave-t-il pas les modules mémoire en 4 nm comme ils le font avec les processeurs ? ». Question justifiée sur le papier… mais pas en pratique. Car il faut bien comprendre que les puces ne sont pas uniformément gravées en 4 nm : seules les parties de calcul des CPU (voire aussi la partie GPU) profitent de cette densité. Dans les faits, les éléments justement de mémoire interne aux processeurs (un type de mémoire appelée SRAM) ne peuvent être compactés de manière aussi dense que les transistors liés aux calculs.

Le souci de la mémoire en général est que sa conformation spatiale – sa forme en 3D – et ses besoins d’isolation entre chaque cellule pour préserver l’intégrité de l’information limitent la miniaturisation. La DDR5 tirant ses qualité d’une plus grande complexité et les rendements étant la clé de voute de la rentabilité d’une usine de production de semi-conducteurs, Samsung doit y aller pas à pas. D’abord s’appuyer sur des méthodes fiables, même si tout de même à la pointe (le 14 nm précédent était déjà en EUV), puis faire avancer la miniaturisation. Sans jamais compromettre ni la qualité, ni les rendements.

À termes, non seulement la DDR5 rejoindra la DDR4 en arrivant aux 10 nm de finesse de gravure, mais elle continuera de se densifier : TSMC a déjà validé des procédés 5 nm avec les géants logiciels de la fabrication de puces comme Synopsys et Cadence. Mais ces étapes théoriques ne procèdent pas d’un rendement suffisant pour une exploitation commerciale immédiate. Une fois ces outils développés, il faut les intégrer dans un flux de production basé dans le monde réel. C’est-à-dire trouver les bons composants chimiques, affiner les étapes de production, etc. Ce qui peut prendre des années.

Source : Samsung