La course mondiale aux micropuces : la tentative de l'Europe de rattraper son retard

À l'orée d'une forêt tranquille à une heure de route de Stuttgart, où des sentiers de randonnée serpentent à travers les arbres et à travers des collines légèrement vallonnées, se trouve l'une des armes secrètes de l'Europe dans la course mondiale pour développer les semi-conducteurs les plus avancés au monde.

Oberkochen, une petite ville de seulement 8,000 200 habitants dans le sud-ouest de l'État du Bade-Wurtemberg, est le siège de Carl Zeiss SMT, le seul fabricant de miroirs et de lentilles utilisés dans les équipements de fabrication de puces les plus avancés au monde. Ses miroirs et lentilles ultra-précis sont si précis qu'ils sont capables d'une précision XNUMX fois supérieure à celle du télescope spatial James Webb.

Zeiss possède «une compétence unique», déclare Peter Wennink, directeur général d'ASML, la société basée aux Pays-Bas qui détient le monopole mondial de la fabrication des machines de lithographie aux ultraviolets extrêmes (EUV) nécessaires à la fabrication de puces de pointe - et est l'un de ses clients les plus importants.

Sans l'optique Zeiss, il dit qu'ASML ne pourrait pas fabriquer ses machines EUV, qui utilisent la lumière ultraviolette pour scanner les conceptions de puces sur des tranches de silicium à une échelle minuscule. Et sans les machines ASML, il serait impossible de fabriquer les puces les plus avancées nécessaires aux technologies futures telles que l'intelligence artificielle, la conduite autonome et l'informatique quantique.

L'équipement avancé de fabrication de puces est l'une des forces cachées de l'Europe alors que les pays du monde entier tentent de s'approprier une part d'une industrie qui est au centre de l'économie moderne et qui est de plus en plus liée aux risques géopolitiques. 

Le marché des semi-conducteurs a dépassé les 500 milliards de dollars pour la première fois en 2021 et devrait devenir une industrie d'un billion de dollars d'ici 2030, selon McKinsey.

Taïwan est le centre mondial de la fabrication de puces la plus avancée. En termes de semi-conducteurs de moins de 10 nanomètres – les versions de pointe de la technologie – Taïwan détient plus de 90 % du marché mondial.

Mais les craintes croissantes concernant une forme d'intervention militaire chinoise à Taïwan ont incité les gouvernements des États-Unis, du Japon et de nombreux pays européens à se précipiter pour encourager l'expansion de la production de puces dans leurs pays, ce qui fait craindre qu'une trop grande capacité ne soit mise en service en même temps. temps.

Pour de nombreux pays, les semi-conducteurs sont une question de sécurité nationale, car de larges pans de l'économie dépendent de plus en plus des fonctionnalités qu'ils fournissent. De graves pénuries pendant la pandémie ont touché la production dans un large éventail d'industries mondiales, des smartphones et des ordinateurs personnels aux serveurs et aux automobiles.

L'Europe est déterminée à ne pas être en reste alors que cette compétition s'accélère. 

Plus tôt cette année, la Commission européenne a dévoilé un plan d'investissement de 43 milliards d'euros dans le but d'inciter les plus grands fabricants de puces du monde à installer des usines dans le bloc. Intel, le géant américain des puces, a promis un investissement initial de 33 milliards d'euros dans le bloc, dont 17 milliards d'euros pour un méga-site en Allemagne. Les fabricants de puces européens comme STMicroelectronics et Infineon étendent également leurs installations en Europe. L'UE tente également d'inciter TSMC, le plus grand fabricant de puces sous contrat au monde, à mettre en place des opérations à grande échelle dans le bloc.

Bruxelles espère que les investissements doubleront la part de l'UE sur le marché mondial des semi-conducteurs de moins de 10 % aujourd'hui à 20 % d'ici 2030. Mais plus important que la part de marché, il faut réduire la dépendance de l'UE vis-à-vis des producteurs asiatiques tels que TSMC et Samsung à un moment où les tensions est-ouest pourraient constituer une menace potentielle pour l'approvisionnement.

Il y a au moins 81 nouvelles installations de puces à construire entre 2021 et 2025 ; 10 seront construits en Europe, contre 14 aux États-Unis et 21 à Taïwan, selon les données les plus récentes de septembre de SEMI, une organisation américaine de l'industrie des semi-conducteurs.

Avec les bases solides du continent dans les produits chimiques et les matériaux, des entreprises telles que Carl Zeiss SMT et ASML et leurs chaînes d'approvisionnement seront essentielles à l'ambition de l'Europe de devenir l'un des plus importants fournisseurs mondiaux de puces haut de gamme.

Mais d'importantes lacunes subsistent dans la poussée des semi-conducteurs en Europe. Les montants de capital requis sont énormes. Et les entreprises qui cherchent à approvisionner les usines de puces préviennent qu'il n'y a pas assez de travailleurs qualifiés pour faire tourner leurs usines.

"La question de savoir si nous pourrions atteindre 20% de part de marché d'ici 2030 est un point d'interrogation, mais la pression augmente car ne rien faire aggravera la situation", déclare Lars Reger, directeur de la technologie chez NXP Semiconductor, la société basée aux Pays-Bas. .

"Tout est une question de pertinence", a déclaré Wennink à ASML. "Il faut rester pertinent dans le contexte géopolitique." 

Est-ce que ça fait du sens?

Le plan ambitieux de l'Europe pour les puces électroniques, qui s'articule autour de la loi européenne sur les puces, n'a pas rencontré l'approbation universelle.

Certains critiques, y compris des dirigeants de l'industrie, ont suggéré que l'Europe gaspillait l'argent des contribuables. Selon eux, il serait bien préférable de dépenser l'argent pour étendre la capacité des technologies de puces matures qui sont consommées par les propres industries européennes - telles que les applications automobiles et industrielles - plutôt que de faire face aux coûts énormes d'essayer de développer les puces les plus récentes. Le déclin de l'industrie européenne de la téléphonie mobile avait laissé le continent sans clients évidents pour les puces avancées.

Alors que le coût de production de puces de plus en plus complexes augmentait, "de moins en moins d'entreprises étaient capables de suivre le rythme", déclare un dirigeant d'une entreprise de puces. "Beaucoup de ceux qui ont abandonné la course étaient en Europe."

Cela a laissé la chaîne d'approvisionnement européenne sans certaines des capacités clés nécessaires à la fabrication de semi-conducteurs avancés.

Yang Wang, analyste principal à Londres pour le cabinet de conseil Counterpoint Research, souligne qu'il n'y a pas de concepteurs de puces en Europe qui travaillent dans des versions de 7 nanomètres et en dessous des nœuds de la technologie.

"Aucun des 10 meilleurs concepteurs de puces au monde n'est basé en Europe alors que les États-Unis sont en tête du monde en matière de conception de semi-conducteurs", déclare-t-il.

L'UE possède des clusters existants de chaînes d'approvisionnement en semi-conducteurs, tels que Louvain en Belgique, Dresde en Allemagne et Grenoble en France, mais l'Europe devra accroître ses capacités de conception de puces et investir dans l'écosystème pour la fabrication de puces avancées ainsi que dans les puces. fabrication elle-même, disent les experts de l'industrie.

Le financement est également un facteur crucial. Plus la puce est avancée, plus le processus est capitalistique. Par exemple, les dépenses en capital de TSMC pour 2022 seront de 36 milliards de dollars, et ce mois-ci, la société a annoncé son intention de tripler son investissement en Arizona de 12 milliards de dollars à 40 milliards de dollars dans les années à venir, où elle apportera également la technologie 3 nm plus avancée d'ici 2026.

Les États-Unis ont adopté cette année leur propre Chips and Science Act, un ensemble de 52.7 milliards de dollars d'incitations et d'allégements fiscaux.

Construire une chaîne d'approvisionnement aussi compliquée que celle requise pour la technologie de puce la plus avancée prendra des années à construire - et nécessitera encore plus de soutien des contribuables, disent les dirigeants de l'industrie. Des pays comme la Chine, Taïwan et la Corée du Sud ont investi des milliards au fil des décennies pour soutenir leurs fabricants de puces.

« Le Chips Act européen est un outil formidable, car il nous place au même niveau d'incitations dans le monde entier », déclare Jean-Marc Chery, directeur général de STMicroelectronics, une société basée à Genève qui fournit des puces pour les marchés automobile et industriel avec principalement technologies matures. "Mais si nous devons construire [une technologie avancée] et d'énormes fabs. . . alors ce n'est pas très compétitif. 

Mais l'Europe ne part pas de zéro.

L'emprise de l'UE sur les équipements à puce avancés est un avantage important. Avec les machines EUV d'ASML, les plus grands fabricants de puces au monde tels que TSMC, Samsung et Intel sont capables de défier les limites de la physique, en emballant de plus en plus de transistors de traitement sur des puces de plus en plus petites. Aujourd'hui, la pointe de la production de masse est de 3 nm - une référence à la taille de chaque transistor sur une puce - mais la technologie porte cela à 2 nm et moins.

"Sans les EUV, vous ne pourriez pas accéder à ces grandes densités de transistors dans une puce", déclare Thomas Stammler, directeur de la technologie de Zeiss. "Comme nous sommes le seul fournisseur d'EUV, nous considérons cela également comme une obligation d'étendre et de soutenir l'industrie des puces. . . et nous travaillons déjà sur la prochaine génération d'EUV. 

Au-delà d'ASML et de Zeiss, dans lesquels ASML détient une participation de 25%, l'Allemand Trumpf est un leader mondial des lasers utilisés par les machines EUV. À 220,000 40 °C, le plasma créé par les lasers de Trumpf - utilisés pour générer de la lumière EUV - est presque XNUMX fois plus chaud que la surface du Soleil.

Une telle technologie de pointe permet aux EUV d'aider des entreprises telles qu'Apple à presser jusqu'à 16 milliards de transistors sur l'unité centrale de traitement de son MacBook aujourd'hui, contre 1,000 1970 transistors dans les appareils électroniques des années XNUMX. 

L'Europe dispose également d'un avantage considérable dans sa capacité à produire les matériaux et les produits chimiques hautement personnalisés et complexes utilisés dans la fabrication de puces avancées. Ceux-ci proviennent principalement d'une poignée d'entreprises européennes telles que Merck, BASF et Solvay, et d'entreprises japonaises telles que JSR et Shin-Etsu Chemical.

Il possède également l'un des principaux pôles de recherche au monde à l'IMEC, le centre de recherche sur les nanotechnologies à l'extérieur de Bruxelles qui est utilisé par les fabricants de puces les plus avancés pour construire des prototypes. Parmi les autres centres de recherche de renommée mondiale figurent les instituts Fraunhofer en Allemagne et le CEA-Leti en France.

Mais il y a encore des défis. D'autres pays investissent beaucoup plus que ceux d'Europe pour développer leurs propres capacités de fabrication de puces, et des écosystèmes commencent déjà à se développer autour de nouvelles usines.

En Europe, les fournisseurs de produits chimiques et de matériaux critiques ont été plus lents à investir que ceux des États-Unis et de Taïwan. Certains dans l'industrie suggèrent que cela est dû au fait que la loi européenne sur les puces ne couvre pas suffisamment les investissements au-delà de la fabrication de puces, ou parce que les réglementations environnementales européennes rendent plus difficile l'expansion des installations chimiques. Et bien sûr, la crise du gaz en Europe a fait grimper les prix de l'énergie déjà élevés, obligeant l'industrie chimique à forte intensité énergétique du bloc à fermer ou à suspendre la production de certains produits. L'expansion en Europe en ce moment n'est pas attrayante sans de fortes incitations, disent les dirigeants de l'industrie.

"L'approvisionnement en produits chimiques des nouvelles usines de semi-conducteurs nécessite des investissements dans des actifs dédiés. Par conséquent, un manque de soutien de l'État serait certainement un obstacle pour les fournisseurs de produits chimiques », a déclaré le président de Solvay, Rodrigo Elizondo, au Financial Times. "À notre avis, l'absence d'un approvisionnement régional solide en produits chimiques mettra définitivement en péril les opérations des usines européennes de semi-conducteurs."

BASF et Solvay s'attendent à des pénuries de produits chimiques et de matériaux dans les années à venir lorsque les nouvelles capacités de puces augmenteront, à moins que des investissements ne soient réalisés dans ces domaines.

« Tout le monde parle de fabrication de semi-conducteurs, mais on n'accorde pas assez d'attention aux produits chimiques nécessaires à la production de ces micropuces », explique Lothar Laupichler, vice-président senior des matériaux électroniques chez BASF. "On a presque l'impression que les produits chimiques sont considérés comme de l'eau ou de l'électricité, vous ouvrez le robinet et ça sort tout de suite, mais c'est une idée fausse." 

Kai Beckmann, membre du conseil d'administration de Merck et directeur général de sa division électronique, ajoute : « Nous devons examiner cela conjointement avec l'Union européenne, car nous parlons de matériel très hautement spécialisé qui peut ne pas être bien saisi dans le Des ambitions européennes.

Trouver le personnel

L'Europe est confrontée à un problème encore plus fondamental : trouver suffisamment de travailleurs qualifiés. Une enquête de l'Autorité européenne du travail sur les plus grandes pénuries de main-d'œuvre dans l'UE a révélé que les ingénieurs et les techniciens - les piliers de l'industrie des puces - figuraient parmi les quatre principales pénuries de talents dans 10 pays.

Des entreprises telles que l'Allemand Infineon, Edwards Vacuum au Royaume-Uni, qui est le fournisseur essentiel de composants et de sous-systèmes pour ASML, et AT&S en Autriche, l'un des principaux fournisseurs de substrats de puces haut de gamme sur lesquels les semi-conducteurs sont montés, ont toutes averti que les talents étrangers seront cruciaux pour le développement futur et la durabilité de l'industrie européenne des semi-conducteurs.

Andreas Gerstenmayer, directeur général d'AT&S, explique que son entreprise a du mal à trouver les 800 travailleurs qualifiés dont elle a besoin pour son nouveau centre de recherche et développement en Autriche. "Nous devons tendre la main à l'échelle mondiale pour embaucher des talents, car l'expérience et la technologie [des substrats de puces] ne sont pas encore disponibles ici."

Martin Stöckl, directeur des ressources humaines d'Infineon, affirme que toute la chaîne d'approvisionnement sera à la recherche du même talent, ce qui aggravera les choses. « Le problème de la pénurie de talents est sérieux en Europe », dit-il. « Si vous faites un calcul rapide, nous [Infineon] construirons une nouvelle fab, STMicroelectronics et Intel se développent également. Nous [les entreprises] aurons besoin d'au moins des milliers d'ingénieurs et de techniciens supplémentaires dans les années à venir. 

Pourtant, la bataille est loin d'être perdue, affirment les dirigeants de l'industrie.

Malgré tous les défis, les dirigeants de l'industrie sont optimistes quant aux perspectives de l'Europe dans cette industrie critique. Avoir des entreprises comme ASML, Zeiss et Trumpf n'est pas un mauvais point de départ.

"L'Europe a conservé une réelle force au fil des ans dans les équipements de fabrication de semi-conducteurs", déclare un cadre supérieur d'Intel. "Cela lui a vraiment donné une chance de réintégrer le marché qu'elle n'aurait pas eue autrement. Sans ces têtes de pont, il aurait été très, très difficile pour l'Europe de revenir.

Reportage supplémentaire de Peggy Hollinger et Joe Miller

Cartographie et visualisation des données par Liz Faunce ainsi que Alan Smith

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