Dans le petit monde des semi-conducteurs, quelques sociétés tirent fortement leur épingle du jeu. Le grand public connait très bien les entreprises « stars » des CPU et GPU, que sont AMD, Intel et NVIDIA. Deux d’entre elles ne disposent pas d’usine (on parle de « fabless »).

Amérique vs Asie : round 1

AMD, Intel et NVIDIA sont trois entreprises américaines qui dominent ensemble le monde des processeurs et des cartes graphiques. D’autres acteurs existent dans le monde, mais certainement pas avec le même niveau de maturité. En Europe par exemple, la société SiPearl se lance en partant d’une feuille blanche pour développer son processeur Rhea1 pour les datacenters, qui va arriver avec plusieurs années de retard.

Une fois que la puce est prête, il faut la produire. Cela se passe dans une « fonderie » et on parle souvent de « fab », d’où le « fabless » que nous évoquions juste avant pour les sociétés sans fonderie. Dans ce domaine, un acteur est largement en avance sur les autres : TSMC pour Taiwan Semiconductor Manufacturing Company. On ne vous fera pas l’affront de vous indiquer de quel pays elle est originaire.

TSMC produit des puces pour Intel, AMD, NVIDIA, Qualcomm, Apple, etc. Il y a une autre entreprise très bien implantée dans ce marché, et qui se place en concurrence directe avec TSMC : Samsung Foundry. Cette fois-ci, c’est une entreprise de Corée du Sud. On reste donc dans les deux cas du côté de l’Asie. La carte se dessine avec une opposition entre deux continents, mais c’est loin d’être fini.

Intel Foundry et GlobalFoundries

AMD disposait de sa propre fonderie jusqu’en 2009, mais l’entreprise a séparé ses activités pour laisser GlobalFoundries vivre de ses propres ailes. Le fonds souverain d'Abu Dhabi (Mubadala Investment Company PJSC) détient aujourd’hui plus de 80 % des parts de l’entreprise.

Intel dispose de ses propres usines de fabrication : Intel Foundry. En 2021, l’entreprise annonçait qu’elle allait renforcer cette activité et s’ouvrir à l’extérieur. Alors qu’elle a longtemps fabriqué des puces pour son usage exclusif, elle propose désormais ses services à d’autres et fait également produire en dehors de ses usines. L’ambition d’Intel est claire : devenir un fondeur comme les autres.

En Europe et aux États-Unis, les gouvernements proposent des subventions pour attirer les fonderies afin qu’ils ouvrent des usines sur place. Outre-Atlantique, les Américains proposent un pont d’or à TSMC, qui va investir des dizaines de milliards de dollars. En Europe, TSMC s’installe en Allemagne. En Europe, Intel veut investir 80 milliards d’euros. La Commission européenne a pour rappel débloqué 43 milliards d’euros dans le cadre de son Chip Act, contre 52,7 milliards aux États-Unis pour la production de semi-conducteurs avec le CHIPS and Science Act.

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STMicroelectronics n’est pas aussi avancé

Du côté des principaux fondeurs, on est donc en grande majorité avec des acteurs du côté de l’Asie (TSMC, Samsung et GlobalFoundries, même si ce dernier est à la traine) et un seul américain : Intel. En Europe, nous avons bien STMicroelectronics, mais la société n’est pas aussi avancée que ces concurrents sur la finesse de gravure.

En juillet 2022, la société annonçait du 18 nm, quand ces concurrents sont à quelques nm. Mais attention, cela ne signifie pas pour autant que c’est inutile, loin de là. Comme le rappelait Doc TB sur X, « la course au nanomètre […] ne concerne QUE les chips les plus haut de gamme. En volume, ceux-ci ne représentent quasiment rien du tout. Peut-être 0,1 % au mieux ».

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« L’écrasante majorité du marché du semi-conducteur en volume est constitué de microcontrôleurs, de convertisseurs DC-DC, de CPLD/FPGA, de circuits logiques, d'ADC, de MOSFETS et autres "petits" chips... qui restent gravés en 28, 32, 45nm, voir en 180nm », rajoute DocTB.

Si pour la production de masse ce n’est pas un problème, pour essayer de concurrencer de gros acteurs, c’est plus compliqué, comme en fait l’expérience SiPearl. Son CPU Rhea1 est gravé en 6 nm par TSMC, et la société prévoit de passer au 5 nm avec Rhea2 et au 2/3 nm avec Rhea3. Au-revoir donc STMicroelectronics pour la production.

Avec la folie autour de l’intelligence artificielle (générative), la demande en GPU performant explose (comme le CA et le bénéfice de NVIDIA). Il faut donc en produire toujours plus, plus vite et plus performant. Cela passe par des procédés de gravure avancés.

ASML entre dans la danse : TSMC en a besoin

Vous pensiez avoir fait le tour ? Pas si vite… Un acteur européen a aussi son mot à dire : ASML, une entreprise des Pays-Bas créée en 1984. Sur son site, l’entreprise annonce la couleur : « en fait, nous sommes probablement une partie de l’appareil électronique que vous utilisez actuellement ».

Un problème de grosse tête et une vantardise mal placée ? Pas vraiment : ASML propose en effet aux fonderies des machines permettant de produire des puces. Dans les usines TSMC on retrouve des machines ASML.

La Chine fournit les matières premières

Et la Chine dans tout cela ? Peut-on se passer de ce pays pour la production de puces ? Eh bien non, car la Chine est un fournisseur très important des matières premières pour certaines productions de puces et de produits de notre monde numérique.

Selon des chiffres de la Commission européenne, elle représente 80 % de la production mondiale de gallium et de germanium. Des matériaux que l’on retrouve dans les circuits intégrés, les LED, les cellules des panneaux photovoltaïques, les fibres optiques, l'infrarouge, les cellules solaires pour satellites, les catalyseurs de polymérisation, etc. La Chine représente aussi 86 % des sources d’approvisionnement en terres rares lourdes et légères, 89 % du magnésium, 80 % du bismuth, etc. Autant d’éléments nécessaires à la fabrication des machines et des produits.

Des États-Unis à Taïwan, en passant par les Pays-Bas

Pour concevoir des architectures de puces (CPU ou GPU par exemple) haut de gamme, il faut donc des sociétés capables de les développer : AMD, Intel et NVIDIA en sont trois bons exemples, toutes américaines.

Mais pour les fabriquer, elles doivent obligatoirement passer par des partenaires, des fonderies (sauf Intel) : TSMC et Samsung sont les deux principales et elles se trouvent en Asie (Taïwan et Corée du Sud).

Mais les fonderies pour fonctionner à leur meilleur niveau ont besoin des machines d’ASML. C’est donc (pour grossir le trait) un billard à trois bandes entre les États-Unis, l’Asie et l’Europe, où chacun a besoin de l’autre pour avancer et rester au meilleur niveau.

On peut évidemment ajouter Arm dans l’équation, bien que la société ne produise pas ses propres puces, mais des « propriétés intellectuelles ». Elle propose des cœurs CPU, GPU et des architectures que des partenaires peuvent utiliser pour concevoir leurs propres puces. C’est le cas de Qualcomm avec ses Snapdragon par exemple.

Arm est une société britannique (donc en dehors de l’Union européenne depuis le Brexit) mais sous contrôle du géant japonais SoftBank. On revient donc en Asie et cela ne permet pas franchement de rebattre les cartes du jeu. NVIDIA avait pour rappel tenté de racheter Arm pour 40 milliards de dollars, mais avait abandonné le projet à cause « d’importants défis réglementaires ».

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USA vs Chine : je ne t'aime pas… moi non plus

Si on parle régulièrement de guerre froide, c’est que les États-Unis et la Chine mettent des restrictions en place ces dernières années. Côté américains, on peut citer le placement de Huawei sur liste noire et les restrictions sur les GPU NVIDIA pour l’IA, tandis que côté chinois, ce sont des restrictions sur l’exportation du gallium et du germanium, l’exclusion d’AMD, d’Intel et de Windows dans les administrations, etc. Et en Europe ? Les Pays-Bas ont mis en place des restrictions à l’exportation des semi-conducteurs.

Depuis maintenant des dizaines d’années, la situation est tendue entre Taïwan et la Chine, qui envoie plus ou moins régulièrement des frégates se rapprocher de l’île qu’elle considère comme une de ses provinces. Ces derniers jours, la situation s’est accentuée avec des « manœuvres militaires destinées, selon Pékin, à tester sa "capacité à prendre le pouvoir" dans l'île autonome », explique France Info.

« Kill switch » dans les usines TSMC à Taïwan

TSMC réalise la majorité de sa production sur son île, ce qui pourrait aussi fortement intéresser les Chinois, qui mettrait au passage la main sur un mastodonte mondial des semi-conducteurs. Mais TSMC et ASML ont pris les devants selon Bloomberg : les deux entreprises affirment avoir « des moyens de désactiver les machines de fabrication de puces les plus sophistiquées au monde en cas d’invasion de Taïwan par la Chine », selon des sources.

Nos confrères reviennent aussi sur les restrictions mises en place par ASML sur les machines les plus avancées, pour le procédé de lithographie EUV (extrême ultraviolet) : « C’est à la demande des États-Unis que les Néerlandais ont commencé cette année à arrêter les exportations des machines de fabrication de puces les plus sophistiquées d’ASML. Avant même que cette interdiction n’entre en vigueur, les responsables américains avaient demandé à ASML d’annuler certaines expéditions précédemment prévues à des clients chinois ».