Pourquoi le monde manque de puces informatiques et pourquoi est-ce important ?

1. Pourquoi y a-t-il des pénuries ?

Voici quelques facteurs :

* Le quart de travail à domicile : cela a poussé la demande de puces au-delà des niveaux projetés avant la pandémie. Les blocages ont stimulé la croissance des ventes d’ordinateurs portables au plus haut depuis une décennie. L’équipement de mise en réseau domestique, les webcams et les moniteurs ont été récupérés lorsque le travail de bureau a quitté le bureau, et les Chromebooks ont été chauds pendant un certain temps alors que les écoles fermaient. Les ventes ont également bondi pour les appareils électroménagers, des téléviseurs aux purificateurs d’air, qui sont désormais livrés avec des puces personnalisées.

* Prévisions fluctuantes : les constructeurs automobiles qui ont considérablement réduit le nombre de véhicules au début de la pandémie ont sous-estimé la rapidité avec laquelle les ventes de voitures rebondiraient. Ils se sont précipités pour renouveler les commandes à la fin de 2020, pour se faire refuser parce que les fabricants de puces étaient à court de fournitures aux géants de l’informatique et des smartphones comme Apple Inc.

* Stockage: les fabricants de PC ont commencé à mettre en garde contre les pénuries d’approvisionnement au début de 2020. Puis vers le milieu de cette année, Huawei Technologies Co. – le fabricant chinois de smartphones qui domine également le marché mondial des équipements de réseau 5G – a commencé à constituer un inventaire pour s’assurer qu’il pourrait survivre aux sanctions américaines qui devaient la couper de ses principaux fournisseurs. D’autres sociétés ont emboîté le pas, dans l’espoir de prendre des parts de Huawei, et les importations chinoises de puces ont grimpé à près de 380 milliards de dollars en 2020, contre environ 330 milliards de dollars l’année précédente.

* Catastrophes : une vague de froid glacial au Texas en février a entraîné des pannes de courant qui ont fermé les usines de semi-conducteurs regroupées autour d’Austin ; c’était fin mars avant que les installations de Samsung ne reviennent à la normale. Une usine au Japon appartenant à Renesas Electronics Corp., un important fournisseur de puces automobiles, a été endommagée par un incendie en mars, perturbant la production pendant des mois.

2. Qui est concerné ?

Les pénuries de puces devraient anéantir 210 milliards de dollars de ventes pour les constructeurs automobiles cette année, avec une perte de production de 7,7 millions de véhicules. « Je n’ai jamais rien vu de tel », a tweeté Elon Musk, PDG de Tesla Inc.. Samsung a averti qu’il constatait un « sérieux déséquilibre » entre l’offre et la demande à l’échelle mondiale. TSMC prévoyait que les pénuries pourraient s’étendre jusqu’en 2022. Certains fournisseurs de services haut débit étaient confrontés à des retards de plus d’un an lors de la commande de routeurs Internet. Apple a déclaré en avril que les contraintes d’approvisionnement réduisaient les ventes d’iPad et de Mac, ce qui, selon lui, réduirait de 3 à 4 milliards de dollars ses revenus du troisième trimestre. En juillet, il a ajouté les iPhones à la liste. Nintendo Co. a déclaré que les pénuries ralentissaient la production de son appareil de jeu Switch. Toyota Motor Corp. a suspendu la production de 14 usines en septembre.

3. Qu’est-ce qu’une puce ?

C’est ce qui rend les objets électroniques intelligents. Fabriquée à partir d’un matériau, généralement du silicium, qui « semi-conducteur » l’électricité, la puce remplit diverses fonctions. Les puces mémoire, qui stockent des données, sont relativement simples et se négocient comme des marchandises. Les puces logiques, qui exécutent des programmes et agissent comme le cerveau d’un appareil, sont plus complexes et plus chères. Celles-ci portent souvent des noms comme Apple ou Nvidia, mais ces sociétés ne sont en fait que les concepteurs des semi-conducteurs, qui sont fabriqués dans des usines appelées fonderies.

4. Pourquoi est-il si difficile de rivaliser ?

La fabrication de puces logiques avancées nécessite une précision extraordinaire, ainsi que d’énormes paris à long terme dans un domaine soumis à des changements rapides. Les usines coûtent des milliards de dollars à construire et à équiper, et elles doivent fonctionner à plein régime 24h/24 et 7j/7 pour récupérer l’investissement. Mais il n’y a pas que ça. Une usine engloutit également d’énormes quantités d’eau et d’électricité et est vulnérable aux moindres perturbations, qu’elles soient dues à des particules de poussière ou à des tremblements de terre lointains.

5. Qui sont les grands fabricants ?

* TSMC a été le pionnier de l’activité de fonderie — fabriquant uniquement des puces pour d’autres — avec le soutien du gouvernement dans les années 1980 et produit maintenant les puces les plus sophistiquées. Tout le monde se fraye un chemin jusqu’à sa porte pour les obtenir ; sa part du marché mondial de la fonderie est plus importante que ses trois prochains concurrents réunis.

* Samsung domine dans les puces mémoire et essaie de s’implanter dans la mine d’or de TSMC. Il a amélioré sa technologie de production et remporté de nouvelles commandes de sociétés telles que Qualcomm Inc. et Nvidia Corp.

* Intel Corp. est le dernier poids lourd américain dans le domaine, mais son activité est fortement concentrée dans la fabrication de ses puces de marque propre qui servent d’unité centrale de traitement (CPU) pour les ordinateurs portables et les ordinateurs de bureau. Les retards de production l’ont rendu vulnérable aux concurrents, qui gagnent des parts en utilisant TSMC pour produire leurs conceptions. Intel a dévoilé en mars une offre ambitieuse pour reprendre son avance dans la fabrication et percer dans le secteur de la fonderie en dépensant 20 milliards de dollars pour construire deux nouvelles usines en Arizona. Il cherche également à acheter d’autres fabricants de puces.

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* Les plus petits fabricants incluent GlobalFoundries Inc. aux États-Unis, Semiconductor Manufacturing International Corp. (SMIC) en Chine et United Microelectronics Corp. de Taïwan. Mais ils ont au moins deux ou trois générations de retard sur la technologie de TSMC. Des noms célèbres tels que Texas Instruments, IBM et Motorola, toutes des sociétés américaines, se sont retirés ou ont renoncé à essayer de suivre la fabrication la plus avancée.

6. Comment se passe la compétition ?

Les deux géants dépensent massivement pour consolider leur domination: TSMC a déclaré en avril qu’il augmenterait ses dépenses en capital au cours des trois prochaines années à 100 milliards de dollars, dont environ 30 milliards de dollars pour l’extension et les mises à niveau de capacité en 2021, contre un record de 17 milliards de dollars l’année dernière. . Samsung prévoit environ 151 milliards de dollars pour un projet d’une décennie visant à rattraper son rival taïwanais, dans le cadre d’un plan plus large des sociétés sud-coréennes, dont SK Hynix Inc., visant à dépenser environ 450 milliards de dollars pour construire la plus grande base de fabrication de puces au monde. La Chine s’efforce de rattraper son retard dans le cadre de ses efforts pour réduire sa dépendance à l’égard de la technologie américaine, stimulée par les mesures américaines visant à restreindre l’accès à la propriété intellectuelle américaine, telle que les logiciels et les équipements de conception de puces. Mais la Chine a un long chemin à parcourir. Par exemple, dans le secteur automobile, les sociétés chinoises de conception de puces ne sont toujours pas en mesure de proposer les puces avancées qui servent de cerveau aux voitures de plus en plus intelligentes d’aujourd’hui. La Chine s’est de nouveau engagée cette année à augmenter les dépenses et à stimuler la recherche sur les puces de pointe dans le cadre de son nouveau plan économique quinquennal. Bien qu’il n’ait pas donné de détails, le SMIC a annoncé des plans pour une usine de 2,35 milliards de dollars avec un financement de la ville de Shenzhen. L’installation pourrait commencer la production d’ici 2022 et produire chaque année environ un demi-million de plaquettes de 12 pouces, qui sont utilisées pour fabriquer des puces. À titre de comparaison, TSMC a expédié environ 12,4 millions de ces plaquettes en 2020.

7. Qu’en est-il en dehors de l’Asie ?

Les États-Unis, qui sont toujours les leaders mondiaux de la conception de puces, cherchent à encourager les entreprises à construire ou à agrandir des usines de pointe au niveau national pour faire face à ce que la secrétaire au Commerce Gina Raimondo a qualifié de risque pour la sécurité nationale et économique. Dans un rapport publié en juin, le président Joe Biden a recommandé au Congrès d’allouer au moins 50 milliards de dollars pour soutenir la recherche et la production de semi-conducteurs aux États-Unis (un projet de loi qui a facilement été adopté par le Sénat le même jour comprenait 52 milliards de dollars.) Son administration jouera un rôle dans la formulation des incitations fiscales pour une usine TSMC de 12 milliards de dollars en Arizona et une usine de 17 milliards de dollars que Samsung prévoit de construire au Texas. De même, les responsables de l’Union européenne étudient les moyens de construire une usine de semi-conducteurs de pointe en Europe, peut-être avec l’aide de TSMC et de Samsung, dans le cadre de son objectif de doubler la production de puces à 20 % du marché mondial d’ici 2030. Le Royaume-Uni enquête sur la Californie. basé l’accord de 40 milliards de dollars de Nvidia pour acheter le concepteur britannique de semi-conducteurs Arm Ltd. pour des raisons de sécurité nationale et d’antitrust.

8. Où va la technologie ?

À mesure que les réseaux mobiles 5G prolifèrent – ​​entraînant une demande de streaming vidéo et de jeux riches en données – et avec de nombreuses personnes travaillant à domicile, le besoin de puces plus puissantes et économes en énergie ne fera que croître. TSMC et Samsung s’efforcent donc de rendre les transistors de plus en plus microscopiques afin que davantage puissent tenir dans une seule puce. Même de petites améliorations peuvent générer des économies substantielles lorsqu’elles sont multipliées sur toute l’échelle de quelque chose comme Amazon Web Services Inc., un fournisseur de cloud computing. L’essor de l’intelligence artificielle est une autre force qui pousse l’innovation, car l’IA repose sur un traitement massif de données. Des conceptions plus efficaces aideront également à développer ce que l’on appelle l’Internet des objets – un univers d’appareils intelligents ou connectés allant des téléphones aux interrupteurs en passant par les réfrigérateurs.

9. Comment Taïwan s’intègre-t-elle dans tout cela ?

La démocratie insulaire est devenue l’acteur dominant en partie à cause d’une décision du gouvernement dans les années 1970 de promouvoir l’industrie électronique. Il a été aidé par un accord de transfert de technologie avec RCA Corp., l’ancien géant américain de l’électronique, et la tendance occidentale à l’externalisation. Faire correspondre son échelle et ses compétences prendrait maintenant des années et coûterait une fortune : le Boston Consulting Group et la Semiconductor Industry Association ont estimé qu’il faudrait plus de 1 000 milliards de dollars sur 10 ans aux États-Unis pour atteindre « l’autosuffisance complète de la fabrication » de puces. Le président chinois Xi Jinping prévoit d’investir 1 400 milliards de dollars d’ici 2025 dans des technologies clés, notamment les semi-conducteurs, et a nommé un haut député pour diriger l’initiative. Des tensions politiques pourraient cependant perturber la course. L’administration Biden a indiqué qu’elle poursuivrait ses efforts pour restreindre l’accès de la Chine à la technologie américaine, y compris celle utilisée dans les fonderies de Taïwan. Plus inquiétant encore, les États-Unis pourraient faire face à des difficultés s’ils se trouvaient coupés d’eux. La Chine a longtemps revendiqué l’île comme une province renégat et menacé de l’envahir pour empêcher son indépendance.

L’étagère de référence

Une plongée profonde sur la façon dont le monde est devenu si dépendant de Taïwan pour ses puces.

Plus de QuickTakes sur l’Internet des objets, pourquoi la construction d’une voiture électrique est si chère et la corde raide de Taïwan.

Anjani Trivedi de Bloomberg Opinion examine les coûts à long terme des raccourcis de puces, Alex Webb met en garde contre une usine européenne de puces à éléphant blanc et Tim Culpan couvre le défi d’expansion de TSMC dans 10 graphiques et dit que SMIC est sur la mauvaise voie.

The Economist voit la lutte géopolitique sur la fabrication de puces entrer dans une nouvelle phase.

— Avec l’aide de Paul Geitner, Yuan Gao et Vlad Savov