De Project Syndicate, par Keun Lee – Deux ans se sont écoulés depuis que l’administration du président américain Joe Biden a fait adopter le CHIPS and Science Act , qui a alloué 52 milliards de dollars de subventions pour encourager les fabricants de semi-conducteurs à développer leurs capacités aux États-Unis.
Durant cette période, les États-Unis ont également imposé d’importantes restrictions à l’exportation de technologies liées aux puces vers la Chine. L’objectif de ces mesures était d’atteindre l’autosuffisance américaine en matière de puces électroniques et d’entraver la quête de la Chine pour y parvenir. Ont-elles atteint leur objectif ?
Les efforts américains pour limiter l’accès de la Chine aux technologies de fabrication de puces électroniques se concentrent principalement sur les circuits intégrés (CI) les plus avancés, qui représentent plus de 80 % du marché mondial des semi-conducteurs . Il existe trois principaux types de CI : les puces logiques (utilisées pour le traitement des données dans les téléphones portables et les ordinateurs personnels), la DRAM (un type de mémoire vive couramment utilisé dans les PC et les serveurs) et la NAND (mémoire flash).
La Chine produit ces trois types de puces : les puces logiques proviennent de Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC), les DRAM de ChangXin Memory Technologies (CXMT) et les puces de mémoire flash de Yangtze Memory Technologies Corp. (YMTC). Bien que ces entreprises ne soient pas leaders du secteur, elles ont réussi à rattraper leur retard sur leurs concurrents, tant en termes de technologie que de parts de marché.
Mais les entreprises chinoises ciblent le segment d’entrée de gamme de leurs marchés, et pénétrer le haut de gamme devient de plus en plus difficile. En effet, le coût et la complexité de la fabrication des puces augmentent rapidement, et les sanctions américaines restreignent fortement l’accès des entreprises chinoises aux technologies nécessaires à la production des semi-conducteurs les plus avancés, notamment les puces logiques dont la taille des nœuds est inférieure à 14 nanomètres, la DRAM inférieure à 18 nm et les puces mémoire NAND de 128 couches ou plus.
Par exemple, les systèmes de photolithographie extrême ultraviolet (EUV) les plus avancés – des « photocopieurs » de 200 millions de dollars utilisés pour transférer les modèles de conception des puces – sont produits exclusivement par une entreprise néerlandaise, ASML. Le géant taïwanais des puces Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) possède plus de 200 ensembles EUV – sa fabrication de puces logiques de pointe en 3 nm en nécessite à elle seule plus de 50 – et le géant sud-coréen Samsung Electronics en possède environ 50. La Chine, en revanche, n’en possède aucun, en raison des sanctions américaines.
Alors que les puces logiques avancées et les puces DRAM (12-14 nm) nécessitent des systèmes EUV, ce n’est pas le cas des puces NAND, composées de centaines de couches de même géométrie. C’est sur ce segment que les entreprises chinoises talonnent des leaders mondiaux comme Samsung. Le produit NAND 3D à 128 couches de YMTC, lancé en 2021, était comparable aux offres de ses concurrents. En octobre 2023, la puce mémoire NAND 3D la plus avancée au monde se trouvait dans un disque SSD fabriqué par YMTC, lancé discrètement en juillet de la même année.
La Chine pourrait bientôt être en mesure de réaliser une percée aussi importante sur le marché de la DRAM, progressant ainsi dans sa quête d’autosuffisance en matière de micropuces. La fabrication de puces mémoire à large bande passante (HBM), un type de puce DRAM avancée, ne nécessite pas nécessairement une photolithographie EUV de pointe, et les puces HBM sont généralement plus faciles à produire que les puces DRAM traditionnelles avec des nœuds de moins de 10 nm. Cela signifie que la Chine peut fabriquer ses propres versions (17-19 nm) sans recourir aux équipements les plus récents. La Chine maîtrise déjà les technologies de packaging avancées, telles que les vias traversants en silicium, nécessaires à la HBM.
Les puces HBM sont très demandées. Cette technologie permet de surmonter les contraintes de vitesse de transfert mémoire et d’optimiser l’efficacité énergétique. Elle s’impose ainsi comme la solution privilégiée pour les modèles d’intelligence artificielle et le calcul haute performance. L’entreprise sud-coréenne SK Hynix produit actuellement les puces HBM les plus avancées et a largement bénéficié de l’essor de l’IA. Mais les entreprises chinoises s’efforcent de rattraper leur retard : si la Chine accuse un retard sur la Corée du Sud et Taïwan en termes de brevets américains relatifs aux DRAM et aux puces logiques traditionnelles, elle est en tête en matière de brevets HBM (voir graphique).
Les grandes entreprises chinoises Cambricon Technologies et Huawei auraient réalisé des progrès dans le domaine des processeurs d’IA. Pour accélérer ces progrès, le gouvernement chinois décourage les entreprises d’acheter les puces H20 de Nvidia, conçues pour le marché chinois en réponse aux sanctions américaines.
Les efforts du gouvernement chinois pour atteindre l’autosuffisance en puces électroniques incitent également les fabricants de puces chinois à se tourner vers les entreprises locales pour les équipements dont ils ont besoin. Ainsi, des producteurs d’équipements comme Naura Technology Group et Advanced Micro-Fabrication Equipment ont enregistré des hausses remarquables de leurs revenus et de leurs bénéfices . Parallèlement, le taux de localisation des équipements et composants de puces électroniques en Chine a fortement augmenté , passant de 21 % en 2021 à plus de 40 % fin 2020.
La Corée du Sud et Taïwan, qui dominent actuellement les marchés des puces, ont réagi en augmentant leurs capacités nationales, notamment dans le segment haut de gamme, tout en maintenant une production de moindre envergure à l’étranger. Samsung fabrique son produit phare – les puces DRAM – en Corée du Sud, exploite une usine NAND en Chine et construit une fonderie de puces logiques aux États-Unis.
De son côté, TSMC produit des puces logiques d’entrée de gamme pour ses clients chinois en Chine et des puces haut de gamme pour des entreprises américaines – comme Apple, Advanced Micro Devices et Nvidia – à Taïwan, où sont situées ses quatre « giga-fabs ». L’entreprise développe des usines aux États-Unis, en Europe et au Japon, mais la capacité de chacune d’elles ne représentera que 3 à 5% de ses giga-fabs. En 2028, lorsque toutes les usines prévues seront achevées, leur capacité combinée ne représentera encore que 20% du total de l’entreprise.
Les usines de fabrication de TSMC à l’étranger seront également une à deux générations moins avancées que ses giga-usines nationales. Par exemple, bien que les usines construites par TSMC en Arizona fabriquent des puces de 2 nm, elles seront en retard sur la technologie au moment du démarrage de la production.
Les États-Unis sont donc loin d’être autosuffisants en matière de puces électroniques et il est peu probable qu’ils le deviennent de sitôt. Il en va de même pour la Chine, notamment en ce qui concerne les puces les plus avancées, même si le pays parvient à surmonter d’importants obstacles pour consolider sa position dans ce secteur.
Keun Lee, ancien vice-président du Conseil consultatif économique national du président de la Corée du Sud, est professeur émérite d’économie à l’Université nationale de Séoul, membre du CIFAR, rédacteur en chef de Research Policy et auteur, plus récemment, de Innovation-Development Detours for Latecomers: Managing Global-Local Interfaces in the De-Globalization Era (Cambridge University Press, 2024).
Droits d’auteur : Project Syndicate, 2024.
www.project-syndicate.org