Leader technologique de l’année : l’industrie américaine des semi-conducteurs
Les fermetures d’usines, les problèmes de main-d’œuvre et les goulots d’étranglement d’expédition, tous déclenchés par la pandémie de COVID, se poursuivent sans relâche, et les semi-conducteurs continuent de figurer en tête de liste des composants critiques en pénurie pour de nombreux fabricants.
S’il y avait un récit récurrent en 2022, c’était la tentative en cours de tenir compte de cette pénurie et de relocaliser l’approvisionnement aux États-Unis. L’adoption du CHIPS (Creating Helpful Incentives to Produce Semiconductors) et de la Science Act, promulguée par le président Biden le 9 août, était censée accomplir cela.
Ainsi, bien que nous ayons reconnu le rôle du COVID-19 dans l’adoption forcée de l’automatisation en 2021, Semaine de l’industrieLe leader de la technologie de fabrication de l’année 2022 est décerné au plus grand casse-tête de l’industrie : l’industrie des semi-conducteurs qui a tant dominé les gros titres de la technologie de fabrication cette année.
La chaîne d’approvisionnement des semi-conducteurs s’étend à des centaines d’industries pour lesquelles les puces sont des composants de fabrication essentiels – automobile, électronique grand public, capteurs IIoT, PC et serveurs pour n’en nommer que quelques-uns. Les usines tournent au ralenti lorsque les puces ne sont pas disponibles. L’armée américaine dépend de plus en plus des semi-conducteurs pour ses systèmes d’armes les plus avancés, de sorte que les pénuries de puces deviennent également des problèmes de sécurité nationale, en particulier lorsque les puces proviennent de l’étranger.
Pour aggraver les choses, résoudre la pénurie de semi-conducteurs est une solution qui se mesure en décennies. Cela peut prendre 10 ans avant que les États-Unis ne soient positionnés pour occuper une position de leader mondial dans la fabrication de semi-conducteurs, une fois que l’infrastructure existe. Cela rend encore plus importantes les mesures agressives et immédiates de relocalisation de la fabrication de puces.
Cela dit, les dépenses massives et les mesures décisives de l’industrie ne fournissent qu’un partiel solution pour résoudre les défis actuels de la chaîne d’approvisionnement. Les investissements portent sur la moitié du marché des semi-conducteurs – des puces haut de gamme coûteuses et compliquées pour le calcul et le stockage. Des processeurs plus simples dont ont besoin les constructeurs automobiles et d’autres industries pour gérer les systèmes audio ou gérer les flux dans les pompes – ceux-ci resteront rares, malgré les avancées majeures. De nombreuses industries, comme l’automobile, n’ont peut-être pas grand-chose à se réjouir des annonces de nouvelles usines de cette année.
C’est un début, et au moins Washington et les chefs de file de l’industrie sont sur la même longueur d’onde, mais ces mesures très médiatisées ne sont pas susceptibles de soulager suffisamment la chaîne d’approvisionnement et d’endiguer les dommages économiques continus.
Points de suture ou pansements ?
Près des deux tiers de l’approvisionnement mondial en semi-conducteurs proviennent de Taiwan, une nation insulaire légèrement plus grande que le Maryland qui se trouve à moins de 100 miles à l’est de la Chine continentale. Une seule entreprise, Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC), fabrique à elle seule 55 % des puces dans le monde. Environ 90 % des puces les plus avancées au monde proviennent spécifiquement de Taïwan. Les problèmes de transport maritime pendant la pandémie ont particulièrement touché l’industrie des semi-conducteurs.
Goldman Sachs en avril 2021 a répertorié 169 industries touchées par les pénuries. Les exemples les plus connus proviennent de l’automobile, Ford, GM, Honda, Toyota et Volkswagen, entre autres, réduisant ou arrêtant la production par manque de puces. L’industrie des semi-conducteurs a répondu par une série d’investissements massifs dans de nouvelles usines de fabrication de puces.
Texas Instruments et Samsung a annoncé des plans en 2021 pour construire de nouvelles fabs aux États-Unis, à hauteur de 30 milliards de dollars et 17 milliards de dollars respectivement. Cette année, Intel a annoncé un investissement de 20 milliards de dollars pour un nouveau site de fabrication dans l’Ohio et Micron a annoncé un investissement de 100 milliards de dollars pour une nouvelle usine dans l’État de New York.
Cliquez ici voir Semaine de l’industrie’s liste régulièrement mise à jour des principaux semi-conducteur annonces d’usines et d’installations de soutien.
Les annonces de cette année ont généré une fanfare supplémentaire, en raison de leur lien avec le CHIPS et la Science Act. La législation a créé un fonds de 52,7 milliards de dollars pour les subventions, les prêts et autres incitations, de nouveaux crédits d’impôt pour les investissements dans les fabs aux États-Unis et 170 milliards de dollars pour les programmes de R&D.
Entre cinq nouvelles fabs et un financement fédéral, verrons-nous le début de la fin de la pénurie de semi-conducteurs ? Cela dépend de quelles industries vous parlez.
Gains haut de gamme et pertes bas de gamme
Le marché des puces se décompose grosso modo en deux catégories de puces. Puces « haut de gamme » ou avancées principalement pour le calcul (lire : PC) et le stockage de données (lire : serveurs), et puces « bas de gamme » pour les applications moins exigeantes comme le matériel automobile, l’électronique grand public et les capteurs IIoT ; c’est-à-dire des « technologies matures ».
Micron fabrique principalement de la mémoire, un composant de puce mais pas une puce elle-même, de sorte que sa nouvelle usine pourrait hypothétiquement servir les deux côtés du marché des semi-conducteurs. Cependant, d’autres fabs récemment annoncées visent carrément le marché haut de gamme, pas les technologies matures.
« Ces usines ne répondront pas vraiment à la demande de microcontrôleurs bas de gamme, de puces logiques et d’autres semi-conducteurs plus petits et moins chers », déclare Glenn O’Donnell, vice-président, directeur de recherche chez Forrester. « Ce ‘bas de gamme’ du marché reste très rare. »
Le vice-président d’ABI Research, Malik Saadi, déclare que les arriérés pour certaines parties s’étendent jusqu’en 2024.
« Le besoin immédiat est vraiment de créer plus de capacité de fabrication pour faire face à la pénurie de chipsets à longue traîne (capteurs, MCU, RF, etc.) et répondre aux besoins d’une multitude de produits finaux qui dépendent fortement de ce type de puce, » poursuit Saadi.
Selon Bharat Kapoor, partenaire et responsable mondial de la pratique de reconception industrielle de Kearney, PERLab, un problème central est que les fabricants de puces se concentrent sur les domaines où ils ont des avantages concurrentiels et des marges bénéficiaires élevées. C’est un problème de fabrication classique, les entreprises veulent ajouter de la valeur aux produits en étant des fournisseurs essentiels de composants uniques, et non des acteurs de produits de base vendant de gros volumes de choses que presque tout le monde peut fabriquer.
«Un iPhone 14 ne fonctionnera que sur la dernière puce 5 nm que seul TSMC peut fabriquer, personne d’autre ne le peut. Ainsi, TSMC est incité à augmenter sa capacité [for high-end chips] et peut exiger des prix élevés. dit Kapoor.
Si cela ne met pas fin aux goulots d’étranglement, que fait la loi CHIPS ?
« Si vous regardez le Fonds CHIPS Act of America, le rapport indique clairement que les incitations financières du département du commerce (DOC) pour la fabrication de chipsets s’élèvent à 39 milliards de dollars, dont seulement 2 milliards de dollars (ou 5% du total des incitations) dédiés aux technologies de semi-conducteurs matures », déclare Saadi. « Le CHIPS Act est principalement conçu pour promouvoir la compétitivité des États-Unis dans le secteur des semi-conducteurs de pointe, et non pour remédier à la pénurie actuelle d’approvisionnement en s’attaquant principalement aux technologies de semi-conducteurs matures. »
Même si la loi CHIPS n’offre aucun soulagement à court terme, elle traite d’un problème à long terme qui Besoins à aborder. La législation renforce également la R&D aux États-Unis. Notre technologie de défense ne fera que se perfectionner et innover ici sert également les intérêts de la sécurité nationale.
Mais quelle aide la loi CHIPS représente-t-elle réellement ?
« Construire de nouvelles fabs coûte incroyablement cher – plus de 20 milliards de dollars pour une fab avancée et 2 milliards de dollars minimum pour une fab moins avancée. Les trois grands opérateurs de fab se sont collectivement engagés dans des centaines de milliards d’expansion aux États-Unis. Le financement de la loi CHIPS ne fera pas grand-chose ici », a écrit O’Donnell en août. « Alors que cet argent est réparti entre ses nombreux bénéficiaires et réparti sur cinq ans, les décaissements se feront en tranches beaucoup plus petites. »
Lors d’une présentation à Semaine de l’industrie Au salon de la fabrication et de la technologie 2022 en octobre, l’ingénieur principal d’Intel, Paul Schneider, a expliqué pourquoi la fabrication de puces est si coûteuse. Le processus de superposition de circuits microscopiques ressemble plus à la fabrication d’une pizza qu’à la découpe d’une tablette, a-t-il expliqué. Les plaquettes de silicium se déplacent d’une station à l’autre dans les fabs, gagnant une couche de voies à chaque fois, avec des dizaines de couches ajoutées à chaque puce. Chaque station est une machine qui coûte au moins 100 millions de dollars et qui a à peu près la taille d’un autobus scolaire.
Pour les entreprises qui sera profiter de la construction de ces nouvelles fabs, le soulagement est encore dans des années. Non seulement les fabs sont chères à construire, mais elles mettent beaucoup de temps à entrer en production.
« Attendez-vous à ce que les nouvelles usines de fabrication de semi-conducteurs mettent au moins 4 ans à compter de la date d’inauguration pour être en pleine production, et cela en supposant que tout se déroule comme prévu », déclare Kapoor. « En général, il faut plus de deux ans pour construire une fab, en supposant que l’équipement de fab soit disponible en temps voulu, et encore plus d’un an pour qu’il produise à grande échelle. »
« Ce processus pourrait prendre encore plus de temps [than 4 to 5 years] dans le cas de la construction de wafers utilisés pour des applications de calcul haute performance », explique Saadi.
« Nous ne verrons pas les fruits de ces nouvelles ‘fabs’ avant 2024 à 2026 », déclare O’Donnell. « Il faut beaucoup de temps pour construire une de ces installations. »
Retirer Taïwan de la chaîne d’approvisionnement
Dans l’immédiat, nous pouvons donc nous attendre à ce que l’approvisionnement en puces pour les technologies matures continue de provenir de Taïwan. Donner la priorité à la relocalisation des puces haut de gamme est logique si les préoccupations de sécurité nationale sont à l’origine de cet effort, car la Chine continue de considérer Taïwan avec un œil sur l’annexion. Cette préoccupation bipartite a sans doute mis fin à l’impasse qui a bloqué la loi CHIPS au Congrès.
Allons-nous déjà voir un jour où toute la production de semi-conducteurs, pas seulement les puces haut de gamme, quittera Taïwan pour les Amériques et l’Europe ?
« TSMC va rester à la pointe de la fabrication de semi-conducteurs dans un avenir prévisible », déclare Kapoor. « Leur domination actuelle dans la production des puces les plus avancées, associée à une nouvelle stratégie de diversification géographique et soutenue par les récentes directives américaines en matière d’exportation de puces, les maintiendra en tête de la course tandis que Samsung, Intel et d’autres continueront de les chasser. »
Il y a peut-être plus d’espoir pour l’avenir, cependant.
« Dans 15 ans, les fabs de nouvelle génération seront hautement automatisées et pourront être exploitées depuis n’importe où dans le monde où les compétences sont disponibles », déclare Saadi. « L’automatisation permettra à l’Europe et à l’Amérique du Nord de réduire les coûts d’exploitation de ces usines et de devenir extrêmement compétitives par rapport aux régions à faible coût de main-d’œuvre comme Taïwan et la Chine. Toutes les indications indiquent que l’Europe et les États-Unis sont positionnés pour mener l’ère des années 2030. »
Comme le voit O’Donnell, « Nous n’arrêterons pas de nous approvisionner en puces en Asie, mais nous en obtiendrons davantage d’autres endroits au fur et à mesure que ces sites seront mis en ligne. La mondialisation reste une bonne chose. Trop d’une bonne chose est une mauvaise chose, et c’est précisément ce qui s’est passé avec la fourniture de semi-conducteurs.
Les mesures prises par l’industrie des semi-conducteurs en 2002 ne résoudront pas les pénuries avant un certain temps et même alors pas pour toutes les industries souffrant de pénuries de puces. Mais l’action collective et décisive de plusieurs entreprises pour lancer le processus avec des puces et de la R&D haut de gamme démontre suffisamment de prévoyance et de détermination pour célébrer l’industrie des semi-conducteurs comme le Semaine de l’industrie Leader de la technologie de fabrication de l’année.