Semi-conducteurs : que sont ces puces électroniques dont la pénurie perturbe l’économie mondiale ?

Leur production reste un processus complexe : il faut des années de recherche et développement pour concevoir, produire, commercialiser une gamme de semi-conducteurs. Ici, un « wafer » (« gaufrette ») contenant des processeurs Xeon Ice Lake d’Intel.

Les semi-conducteurs sont à l’électronique ce que le pétrole est à l’industrie : un composant essentiel, mais souvent invisible, présent dans les ordinateurs, les consoles de jeux vidéo, les smartphones, les téléviseurs, les voitures, les avions, les machines à laver, les capteurs de température des climatiseurs, les panneaux solaires…

Mais la demande pour les appareils électroniques de toutes sortes a augmenté de façon spectaculaire depuis le début de la pandémie, entre l’essor du télétravail et les loisirs à la maison. Dans l’informatique d’entreprise, ce sont les dépenses dans les infrastructures cloud (informatique dématérialisée) qui se sont envolées. Progressivement, tous les objets de notre vie quotidienne deviennent numériques, de la machine à café à une simple porte.

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La planète a été si gourmande en puces électroniques, que ces précieux matériaux connaissent aujourd’hui une pénurie qui ralentit certaines industries comme l’automobile. Vendredi 22 octobre, Renault a ainsi annoncé anticiper une perte de production « proche de 500 000 véhicules sur l’année », en raison de la crise des semi-conducteurs.

Les constructeurs éprouvent à retardement une crise que traverse le secteur des technologies depuis plusieurs mois, pétrie d’enjeux à la fois économiques et géopolitiques. Explications.

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  • Un processus de fabrication complexe

Pour faire simple, les semi-conducteurs sont des matériaux qui se situent entre un conducteur et un isolant : ils gèrent et contrôlent le flux de courant dans l’électronique. Ils sont souvent fabriqués à partir de matières premières comme le silicium et le germanium, l’arséniure de gallium ou le carbure de silicium.

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Leur production reste un processus complexe : selon AMD, concepteur et vendeur de microprocesseurs, « il faut des années de recherche et développement pour concevoir, développer, produire, commercialiser une gamme de semi-conducteurs ». Pour leur fabrication, il faut traiter du sable, le purifier, le liquéfier à 1 700 degrés pour obtenir des lingots de silicium, qui sont ensuite découpés en wafers (« gaufrettes »), de toutes petites galettes de silicium.

Avec la mondialisation et pour baisser les coûts, les acteurs se sont presque tous spécialisés dans une partie de leur chaîne de production : dans les brevets de conception (ARM), dans la conception et la vente (Qualcomm, Nvidia, Broadcom), dans la fabrication (TSMC, Global Foundries). Quelques rares entreprises maîtrisent encore toute la chaîne, comme Samsung et Intel, mais aussi les européennes STMicroelectronics et Infineon. Toutes ne produisent pas le même type de composants et certaines, comme le taïwanais TSMC, sont hyperspécialisées dans des puces très demandées, rendant leur fabrication encore plus stratégique.

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  • Un marché en forte croissance

Les semi-conducteurs sont un marché en croissance quasi continue : en 2020, il représentait 442 milliards de dollars (380 milliards d’euros, + 5,4 % par rapport à 2019) et devrait continuer à croître de 17, 3 % en 2021.

La demande est tirée par plusieurs marchés : celui des mémoires qui permettent de stocker l’information ; celui des smartphones et de leurs infrastructures avec le déploiement de la 5G ; celui de l’industrie automobile (voitures électriques, voitures autonomes, contrôle des airbags, des distances de sécurité ; contrôle du moteur, de la batterie, système « start and stop », climatisation…) ; l’industrie des loisirs, avec les consoles de jeux vedettes du marché (Playstation 5 et Xbox Series X) ; l’Internet of Things (« Internet des objets », ou IoT) qui permet à des objets d’échanger des informations et de communiquer entre eux ; l’intelligence artificielle et le big data, avec des processeurs spécifiques, comme Xeon Ice Lake d’Intel.

  • Un enjeu de souveraineté technologique

Le chantier de l’usine de semi-conducteurs que fait construire Intel à Chandler, en Arizona, le 23 septembre 2021.

Rendues indispensables à l’économie mondiale, ces puces électroniques sont devenues un enjeu stratégique majeur pour les grandes puissances de la planète.

La fabrication de ces composants est au cœur de la bataille que se livrent les Etats-Unis et la Chine pour la domination du secteur des hautes technologies. Si bien que les difficultés actuelles sont aussi héritières de la décision prise en septembre 2020 par Washington de restreindre la vente de technologies à SMIC, le géant chinois des semi-conducteurs, pour contrer les ambitions hégémoniques de Pékin.

La concentration géographique des lieux de production de ces puces est aujourd’hui un sujet d’inquiétudes. Une étude réalisée en avril 2021 par la Semiconductor Industry Association et le Boston Consulting Group a révélé qu’environ 75 % de la capacité mondiale de fabrication de semi-conducteurs, par exemple, est concentrée en Chine et en Asie de l’Est, une région considérablement exposée à une forte activité sismique et à des tensions géopolitiques. Et que 100 % de la capacité mondiale de fabrication des semi-conducteurs les plus avancés (inférieurs à 10 nanomètres) est actuellement située à Taïwan (92 %) et en Corée du Sud (8 %).

La multiplication des difficultés a poussé ces derniers mois les puissances mondiales à réagir pour diminuer cette dépendance. En février, Joe Biden a signé un décret présidentiel afin de sécuriser les filières d’approvisionnement américaines en puces. Les Etats-Unis ont aussi convaincu TSMC de construire une usine de dernière génération dans l’Arizona.

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De son côté, Pat Gelsinger, le patron d’Intel, le géant américain du secteur, a prédit que la pénurie risquait de se poursuivre jusqu’en 2023. Dans ce contexte, il a annoncé la construction à venir de deux usines de semi-conducteurs aux Etats-Unis et la formation d’une nouvelle division aux Etats-Unis et en Europe, baptisée Intel Foundry Services, une branche de services pour les fonderies spécialisées dans ces matériaux.

En septembre, lors du salon de l’automobile de Munich, Pat Gelsinger a annoncé qu’il pourrait investir jusqu’à 80 milliards d’euros en Europe au cours des dix prochaines années afin de développer les capacités de production de semi-conducteurs sur le continent. Son groupe devrait dévoiler d’ici à la fin de l’année l’emplacement de deux nouvelles grandes usines en Europe.

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La Chine, elle aussi, s’en préoccupe : sans les puces américaines, ni Alibaba ni Huawei ne seraient devenus des géants mondiaux. La Chine produit 36 % de l’électronique mondiale, mais les entreprises chinoises ne fournissent que 7,6 % des semi-conducteurs vendus à travers le monde. Raison pour laquelle Xi Jinping place « l’indépendance technologique » au cœur de nombre de ses discours ainsi que du 14e plan quinquennal (2021-2025).

L’Union européenne (UE) planche, elle, sur un « European Chips Act », loi européenne sur les semi-conducteurs pour défendre sa souveraineté technologique : d’ici à 2030, l’UE ambitionne de produire 20 % des semi-conducteurs dans le monde, soit un doublement de sa part actuelle.

De son côté, Emmanuel Macron a présenté un plan d’investissement de 30 milliards d’euros six milliards seront consacrés à développer une production nationale de composants-clés, tandis que 2,5 milliards d’euros seront destinés à la formation des « talents » de demain et à l’amélioration du financement des start-up industrielles.

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Le Monde avec AP, AFP et Reuters