Les puces mémoire de nouvelle génération promettent de réduire la consommation d'énergie

Juin 2022

By Catherine Bijou, Division de l'information et de la diffusion numérique, OMPI, Yuka Okakita ainsi que Tomomi Taguchi, Bureau de l'OMPI au Japon

Les semi-conducteurs, « les cerveaux de l'électronique moderne », sans lesquels les appareils numériques que nous utilisons au quotidien ne fonctionneraient pas, sont à l'origine des progrès des technologies numériques depuis des décennies. La société japonaise pionnière, Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (SEL), est un leader mondial dans ce domaine et continue d'innover dans le développement de technologies de semi-conducteurs hautes performances de nouvelle génération. Le fondateur et président de la société, M. Shunpei Yamazaki, inventeur de la « mémoire flash », est l'inventeur le plus prolifique au monde en termes de nombre de brevets il a obtenu, selon Guinness World Records. M. Yamazaki discute de l'engagement de SEL à atteindre la neutralité carbone grâce à l'innovation, de l'importance de la propriété intellectuelle pour son modèle commercial et de la culture d'innovation ouverte qui soutient le travail de pionnier de SEL.

Parlez-nous de l'orientation actuelle du travail de SEL et de la manière dont il soutient les objectifs environnementaux mondiaux.

Je travaille dans le domaine des semi-conducteurs depuis plusieurs décennies, depuis que j'ai inventé et breveté ce qu'on appelle la mémoire flash (brevet n° JP 886343), à l'âge de 28 ans en 1970. La mémoire flash est intégrée dans la plupart des appareils électroniques. appareils que nous utilisons tous les jours. Essentiellement, il permet de stocker des données et des informations même lorsque l'appareil est éteint. La mémoire flash est également la forme la moins chère de mémoire à semi-conducteur ou de stockage de données. Je n'aurais jamais imaginé que l'intégration à grande échelle du silicium (Si LSI) - qui a permis de fabriquer des puces informatiques si puissantes en termes de capacité de micro-traitement et de stockage de données - serait si répandue, ni qu'elle contribuerait au réchauffement climatique en raison de sa forte consommation d'énergie.

En 2009, nous avons trouvé une nouvelle structure cristalline de semi-conducteurs d'oxyde (structure CAAC), qui rend les puces informatiques ou LSI plus économes en énergie. Depuis plus de 10 ans, maintenant, nous menons une R&D intensive pour améliorer les performances des LSI afin de réduire la puissance consommée par les centres de données et les supercalculateurs.

Notre objectif est de rendre les semi-conducteurs plus économes en énergie. Grâce à notre travail de pionnier, nous avons développé un nouveau matériau semi-conducteur avec des caractéristiques de rétention de courant élevées. Un Si FET a un courant de fuite d'environ 10^{- 12}A/µｍ lorsqu'il est éteint ; d'autre part, un OS FET (transistor à effet de champ à semi-conducteur à oxyde cristallin) a un courant à l'état bloqué extrêmement faible de 10^{- 24}A/µｍ. Cela signifie que les données peuvent être conservées pendant une longue période. En tirant parti de ces caractéristiques de rétention de courant élevées et des bonnes propriétés électriques du silicium, nous avons développé une nouvelle structure composite Si/OS. En utilisant leur effet synergique combiné, nous visons à créer des dispositifs semi-conducteurs avec de meilleures propriétés d'économie d'énergie qui pourraient être obtenues par la seule technologie du silicium. L'adoption et l'utilisation généralisées de cette nouvelle technologie contribueront grandement à la lutte contre le réchauffement climatique.

Pour ceux qui ne connaissent pas les semi-conducteurs, pouvez-vous dire quelques mots sur le rôle qu'ils jouent et leur importance dans le monde moderne ?

Tous les appareils électroniques que nous utilisons au quotidien, nos smartphones, ordinateurs portables, téléviseurs, ordinateurs, etc., utilisent des semi-conducteurs. Leur utilisation est devenue si répandue et si courante que les gens ont tendance à tenir leur rôle et leur importance pour acquis. Les gens ignorent généralement qu'en utilisant ces appareils, ils consomment d'énormes quantités d'électricité, ce qui, à son tour, contribue au réchauffement climatique.

Comment le travail de SEL s'inscrit-il dans les ambitions du Japon et d'autres pays de numériser et de décarboner leur économie ?

Le plan d'action pour la stratégie de croissance du Japon approuvé en juin 2021 par M. Yoshihide Suga, qui était alors Premier ministre, souligne l'engagement du gouvernement à promouvoir le développement et la production de technologies avancées de semi-conducteurs, compte tenu de leurs propriétés à faible consommation d'énergie. La stratégie décrit également l'objectif du gouvernement de : a) rendre tous les nouveaux centres de données 30 % plus économes en énergie d'ici 2030 ; b) convertir une partie de l'électricité utilisée par les centres de données domestiques en énergie renouvelable ; et c) rendre les industries des semi-conducteurs et de la communication de l'information neutres en carbone d'ici 2040.

À l'été 2021, nous avons eu l'occasion de présenter la technologie LSI (OSLSI) à semi-conducteur à oxyde cristallin à hyper-économie d'énergie de SEL au ministère de l'Économie, du Commerce et de l'Industrie (METI). Le Premier ministre avait été informé du potentiel de la technologie OSLSI de SEL pour contribuer aux objectifs de la politique verte du gouvernement et souhaitait en savoir plus à ce sujet. Nous avons été invités à préparer un document décrivant les propriétés de cette technologie. Le document a servi de base à un exposé détaillé sur le SEL et notre technologie par le directeur général adjoint du METI au Premier ministre. Le METI nous a ensuite recontacté.

Nous pensons que la généralisation de l'adoption et de l'utilisation de notre technologie pionnière OSLSI apportera une contribution significative à la résolution du réchauffement climatique.

En 2016, votre inscription a été renouvelée en Guinness World Records comme l'inventeur crédité du plus de brevets. A cette époque, vous aviez plus de 11,350 XNUMX brevets à votre nom. Qu'est-ce qui inspire votre travail et vous pousse à continuer à développer des technologies pionnières dans ce domaine ?

J'avais toujours eu de mauvais résultats à l'école, mais lors de ma deuxième année à l'université, j'ai commencé à travailler avec le professeur Yogoro Kato (il est ensuite devenu professeur émérite à l'Institut de technologie de Tokyo), et il m'a beaucoup soutenu. J'ai travaillé avec lui pendant cinq ans. Quand je lui ai dit que je voulais aller à l'université de Stanford aux États-Unis, qui était à l'époque la Mecque des semi-conducteurs, il était furieux contre moi et m'a convaincu de poursuivre mes études au Japon sous sa direction. On ne peut pas comparer les vies, alors je ne sais pas si mon choix de renoncer à aller aux États-Unis était bon ou non, mais ce fut certainement un tournant dans ma vie. Je n'étais pas au départ un étudiant brillant, mais grâce au professeur Kato, qui m'a pris sous son aile, je suis ici aujourd'hui. Et je continue mes recherches pour rester fidèle à ses enseignements. C'était un excellent professeur.

Tous les appareils électroniques que nous utilisons au quotidien, nos smartphones, ordinateurs portables, téléviseurs, ordinateurs, etc. utilisent des semi-conducteurs… Les gens ignorent généralement qu'en utilisant ces appareils, ils consomment d'énormes quantités d'électricité, ce qui contribue au réchauffement climatique.

SEL continue de se concentrer sur le développement de nouvelles technologies pionnières. Comment le brevetage soutient-il la diffusion et l'adoption de vos technologies dans le monde ?

En tant qu'entreprise axée sur la R&D, les brevets sont extrêmement importants pour nous, tout comme le professeur Kato nous l'a enseigné. La propriété intellectuelle est un formidable mécanisme, mais les brevets ne génèrent de revenus que si les produits qu'ils protègent sont commercialisables. La nature d'une entreprise exclusivement R&D est telle qu'il est essentiel d'entrer sur le marché le plus souvent et le plus efficacement possible.

Grâce à notre portefeuille de droits de propriété intellectuelle, nous pouvons en toute confiance porter plainte contre toute partie qui enfreint nos droits sans broncher. De cette manière, nous avons pu tirer parti de nos droits et étendre efficacement notre part de marché. Il est toutefois important de disposer d'un droit de brevet pouvant être correctement utilisé. C'est pourquoi la rédaction d'un fascicule de brevet basé sur les résultats de R&D et qui énonce clairement le but et l'effet du brevet est si important. De plus, l'utilisation stratégique d'un brevet est essentielle pour que les activités de R&D se développent, que la valeur du brevet augmente et que les revenus issus des licences augmentent. L'utilisation stratégique des droits de brevet peut également impliquer une action en justice.

Pouvez-vous dire quelques mots sur la culture d'innovation de SEL et ses principes directeurs ?

Depuis la création de SEL en 1980, nous nous sommes engagés à contribuer au progrès du monde grâce à la R&D. Notre premier partenaire était Sharp Corporation, un leader mondial des semi-conducteurs et des téléviseurs à cristaux liquides à l'époque. Le partenariat est né grâce à l'introduction d'une connaissance. Cependant, lorsque nous avons commencé à faire des recherches avec Sharp, ils considéraient que notre niveau de R&D était trop bas. À partir de ce moment, SEL a travaillé dur pour atteindre le niveau requis par Sharp. Certaines de leurs demandes semblaient accablantes au début, mais nous avons réussi à les suivre.

Je crois que ce n'est que grâce à la R&D et au travail acharné que nous réussirons. Lorsque vos partenaires signalent des problèmes spécifiques qui doivent être résolus et que vos employés travaillent dur pour les résoudre, vous obtiendrez de meilleurs résultats. Je ne pense pas que l'innovation fonctionnera un jour si vous demandez simplement à votre partenaire de vous apprendre ou de vous faciliter la tâche. Cela ne fonctionnera pas si vous n'avez pas l'engagement et la volonté d'atteindre de nouveaux niveaux d'expertise pour répondre aux besoins de votre partenaire. Pour améliorer les niveaux de R&D, il est essentiel de trouver une entreprise qui vous dépassera techniquement, tout en maintenant une relation d'égalité en tant que partenaire.

WIPO GREEN est une plateforme publique qui vise à promouvoir l'innovation mondiale dans le domaine des technologies vertes. Êtes-vous prêt à soutenir cette initiative ?

La lutte contre le réchauffement climatique est le problème le plus important auquel l'humanité est confrontée aujourd'hui. VERT OMPI est une initiative très importante qui vise à exploiter la puissance du système de propriété intellectuelle pour protéger l'environnement. Nous voyons que WIPO GREEN pourrait être un véhicule important pour permettre l'adoption et l'utilisation rapides et généralisées dans le monde des OSLSI, qui sont très économes en énergie. Je pense que la coopération avec des organisations internationales telles que l'OMPI est essentielle pour atteindre cet objectif.

Quels conseils avez-vous pour les jeunes scientifiques qui aspirent à construire un avenir meilleur ?

Dans le passé, les entreprises japonaises étaient motivées par un engagement envers la qualité et le travail acharné et la conviction que l'adversité rend les gens sages. Mais aujourd'hui, cela a pratiquement disparu. Nous devons raviver cette conviction si nous voulons continuer à prospérer. Les ressources humaines et la propriété intellectuelle sont extrêmement importantes pour le Japon. Nous devons faire plus pour promouvoir une meilleure compréhension dans les tribunaux de la valeur de propriété intellectuelle (PI) et brevets en particulier. Nous devons également sensibiliser davantage le grand public à l'importance de la propriété intellectuelle. La seule façon pour le Japon de rester compétitif sur le plan international est d'utiliser notre propriété intellectuelle.

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• La source: https://www.wipo.int/wipo_magazine/en/2022/02/article_0006.html