Alors que la technologie des transistors atteint un plateau, l’industrie de la réparation deviendra-t-elle plus importante ?

Les demandes croissantes de droits de réparation parmi les clients, combinées à la pénurie de semi-conducteurs, mettent en lumière les nombreux avantages de réparer l’électronique au lieu de les remplacer. Quelles solutions l’industrie des semi-conducteurs propose-t-elle pour faire progresser la technologie, quels avantages la réparation de l’électronique présente-t-elle et comment les ingénieurs peuvent-ils adapter leurs conceptions pour en tenir compte ?

Presque tous les ingénieurs en électronique sont bien conscients des défis auxquels est confrontée l’industrie des semi-conducteurs avec la fin de la loi de Moore. Les transistors ne peuvent être que si petits et les matrices semi-conductrices ne peuvent être que si grandes, ce qui crée une limite physique au nombre de transistors sur un plan 2D donné. Une fois ce nombre atteint, il n’y a plus d’augmentation du nombre de transistors en réduisant la taille des transistors.

Cela représente un défi important pour les ingénieurs, car la grande majorité des progrès technologiques sont sans doute venus de l’augmentation du nombre de transistors sur une matrice. Mais ce n’est pas parce que vous ne pouvez pas ajouter plus de transistors dans le plan 2D qu’un dispositif à semi-conducteur ne peut pas avoir plus de transistors.

Une solution déjà utilisée est l’utilisation de chiplets montés sur cartes. Au lieu d’essayer d’adapter tous les transistors sur une seule puce, plusieurs puces plus petites sont fabriquées puis connectées ensemble via une interconnexion, des fils de liaison ou un micro-PCB. Non seulement cela permet plus de transistors sur un seul appareil, mais cela permet également la personnalisation des modules.

Une autre solution est d’aller verticalement avec l’utilisation de couches actives supplémentaires. Considérant qu’une couche active de transistor est incroyablement mince (dans les micromètres), il est théoriquement possible d’avoir des centaines de couches de transistor dans une puce semi-conductrice. La conception résultante pourrait avoir un ordre de grandeur de plus de transistors qu’un seul dispositif planaire 2D.

Cependant, ce n’est pas parce que ces techniques peuvent produire des appareils plus complexes qu’elles deviendront populaires. Cela pourrait être dû à des raisons de coût et/ou de praticité, les puces multicouches étant beaucoup trop chères pour être intégrées dans des appareils grand public.

Si la technologie des semi-conducteurs en arrive au point où elle ne peut plus être améliorée de manière fiable ou pratique, le remplacement de l’électronique dans le but d’améliorer les performances ne devient plus une possibilité. Dans ce scénario, le remplacement de l’électronique n’aurait de sens que dans le seul but de remplacer le matériel qui a échoué de manière catastrophique.

À ce stade, réparer l’électronique a beaucoup de sens ; la réparation d’un soi-disant «ancien appareil» aurait des performances similaires à celles des nouveaux appareils en cours de fabrication, ce qui permettrait à ces appareils de rester utilisables. La capacité de réparer et de mettre à niveau l’électronique a également des impacts environnementaux majeurs. Compte tenu de la grande quantité de déchets électroniques générés dans le monde, les appareils pourraient tout aussi facilement être remis à neuf, effacés et mis à jour avec les derniers logiciels.

Bien que cela puisse sembler être une vision dans un avenir lointain, le mouvement pour le droit à la réparation a déjà connu des avancées significatives de la part des entreprises et des gouvernements. Par exemple, le Royaume-Uni et l’UE ont récemment annoncé une législation obligeant les fabricants à présenter aux clients des guides de réparation et des pièces de rechange. Un autre exemple est qu’Apple a lancé ses nouveaux outils de réparation à la disposition de tous ceux qui en font la demande (cela a pris le monde par surprise compte tenu du fait qu’Apple n’aime pas historiquement les réparations effectuées en dehors de son contrôle).

Ce mouvement est motivé par plusieurs facteurs, notamment les libertés et les droits personnels, l’environnement et, plus important encore, l’état actuel de l’industrie des semi-conducteurs. La pandémie de COVID-19 a entraîné un effondrement mondial de nombreuses industries et marchés, ce qui a eu un effet d’entraînement majeur sur l’industrie des semi-conducteurs. Pour faire court, le monde manque désormais de dispositifs à semi-conducteurs alors que les fonderies de semi-conducteurs tentent d’augmenter leur production pour répondre à la demande.

L’impossibilité de s’approvisionner en semi-conducteurs a vu de nombreux produits en rupture de stock et, à ce titre, beaucoup se sont tournés vers des appareils remis à neuf, notamment des PC, des ordinateurs portables, des tablettes, des téléphones et même des consoles de jeux. Si un appareil tombe en panne, obtenir un remplacement peut ne pas être pratique sur le marché actuel, et les ateliers de réparation ont donc vu une augmentation des réparations et des produits remanufacturés.

Ainsi, la capacité à réparer les appareils électroniques aide à réduire la quantité de déchets électroniques produits et offre aux consommateurs une alternative moins chère à la technologie, encourage l’entretien des appareils et oblige les entreprises à prendre en charge plus longtemps le matériel plus ancien.

De nombreuses entreprises qui fabriquent des produits intègrent intentionnellement l’obsolescence planifiée dans leurs conceptions afin que les clients soient obligés de mettre à niveau. Bien qu’il ne s’agisse pas d’une pratique illégale, elle le deviendra sans aucun doute au cours de la prochaine décennie car elle est nocive pour les clients et l’environnement.

Compte tenu des tendances en matière de réparabilité et de confidentialité, il est probable que les futurs produits qui gagneront la confiance et l’amour des consommateurs seront ceux qui peuvent être réparés et protéger la vie privée des clients. Par conséquent, les ingénieurs des produits de consommation devront peut-être commencer à envisager de rendre leurs appareils plus faciles à réparer et à entretenir.

Les semi-conducteurs avancés sont livrés dans des boîtiers tels que BGA et MLF, qui ne peuvent pas être retirés et remplacés facilement, et il serait déraisonnable de s’attendre à ce que les ingénieurs n’utilisent pas de tels boîtiers. Cependant, de nombreuses conceptions avec un grand nombre de signaux (comme un processeur de téléphone mobile) utiliseront la plupart de ces signaux pour interconnecter des puces avancées telles que des processeurs, des GPU et de la mémoire.

Les périphériques d’E/S tels que les connecteurs USB, les ponts et les écrans utiliseront très probablement des lignes de données aux normes de l’industrie. Cela permet de monter la partie processeur complexe d’une conception sur une seule carte amovible. Cette capacité à supprimer la partie traitement d’une conception permet des mises à niveau de la mémoire, des mises à niveau du processeur et des réparations du processeur sans jeter toute la conception.

Les conceptions modulaires pourraient également aider les consommateurs à entretenir leurs équipements plus longtemps, les pièces des modules étant disponibles directement auprès du fabricant. En fait, une entreprise a déjà testé cette idée avec un ordinateur portable entièrement configurable avec des ports, de la mémoire, un processeur et un disque dur, tous évolutifs et interchangeables.

La capacité à réparer l’électronique continuera de jouer un rôle essentiel à l’échelle mondiale, et la pénurie de semi-conducteurs montre à quel point les semi-conducteurs sont vitaux. La conception d’appareils qui échouent après quelques années et l’arrêt du support logiciel ne seront pas autorisés pendant longtemps, car la réglementation gouvernementale continue de croître. Ainsi, les ingénieurs doivent commencer à réfléchir à la manière dont les conceptions futures intégreront la réparabilité dans leurs produits.