D'après des sources proches du dossier, Huawei recrute actuellement du personnel pour ses activités de recherche et développement dans le domaine des composants de puissance, notamment les composants courants tels que les IGBT, les MOSFET, le SiC et le GaN. L'équipe compterait alors plusieurs centaines de personnes. Huawei développe ses propres composants de puissance, et c'est bien connu. Mais quel est donc l'enjeu de taille pour Huawei dans ce domaine ? (Contenu reproduit du compte public [Observation de l'industrie des semi-conducteurs] ID : icbank Auteur : Du Qin DQ)

 

Pourquoi s'intéresser aux appareils électriques ?

Nous savons tous que Huawei excelle dans la fabrication de puces, et que ses puces Kirin sont comparables, voire supérieures, à celles de Qualcomm et d'Apple, mais en réalité, les dispositifs de puissance constituent également une partie très importante des semi-conducteurs. Les dispositifs de puissance sont au cœur de la conversion de puissance et du contrôle des circuits dans les appareils électroniques. Ce sont les composants essentiels qui réalisent des fonctions telles que la tension, la fréquence et la conversion CC/CA. Ils comprennent principalement des diodes, des thyristors, des MOSFET et des IGBT. Cependant, des technologies telles que les diodes et les thyristors sont relativement anciennes et ont été progressivement abandonnées par les principaux fabricants. Alors même que les dispositifs semi-conducteurs de puissance évoluent progressivement vers la haute tension et la haute fréquence, les dispositifs semi-conducteurs de puissance traditionnels à base de silicium et leurs matériaux atteignent leurs limites physiques. De plus, les semi-conducteurs composés de deuxième génération ne conviennent pas en termes de coût et de toxicité. Les principaux fabricants internationaux ont axé l'avenir de l'industrie sur les semi-conducteurs composés de troisième génération. On peut affirmer que la troisième génération de semi-conducteurs représente l'orientation future du développement des dispositifs de puissance. Les deux sessions nationales viennent de se terminer récemment, et les semi-conducteurs de troisième génération (GaN et SiC) sont redevenus l'un des mots clés de ces deux sessions. Lors de ces deux sessions, Wang Wenyin, membre du Comité national de la Conférence consultative politique du peuple chinois, a déclaré dans une interview que, grâce à l'extension de la portée de l'industrie des semi-conducteurs de troisième génération à des domaines clés tels que les stations de base 5G, l'UHV, le transport ferroviaire interurbain à grande vitesse et les bornes de recharge pour énergies nouvelles, le développement de l'industrie des semi-conducteurs de mon pays est arrivé. Selon les prévisions de TrendForce Consulting, les revenus des dispositifs de communication et de puissance GaN en 2021 devraient atteindre respectivement 680 millions de dollars et 61 millions de dollars, soit une augmentation annuelle de 30.8 % et 90.6 % ; pour les dispositifs SiC, on estime que les revenus des dispositifs SiC dans le domaine de la puissance atteindront 680 millions de dollars en 2021, soit une augmentation annuelle de 32 %. La Chine est le plus grand consommateur mondial d'appareils électriques. Le taux global d'autosuffisance des appareils électriques domestiques est inférieur à 10 %. Il existe un énorme potentiel de substitution par des composants nationaux, notamment pour les appareils haut de gamme. Voyons voir à quel point le GaN est prometteur ? Selon des informations parues dans les médias taïwanais en février de cette année, TSMC a acheté 16 équipements liés au GaN, soit plus du double du nombre d'unités (6) présentes dans son usine de six pouces existante. Cela équivaut à une augmentation de la capacité de production à plus de 10 000 pièces, ce qui montre l'ampleur de la demande des commandes clients. Nanosemiconductor, fournisseur de GaN et client majeur de TSMC, a récemment annoncé que ses livraisons ont établi un nouveau record, avec plus de 13 millions de circuits intégrés de puissance GaN mis sur le marché et un taux de défaillance zéro. Cela montre que le marché mondial de l'électronique grand public mobile accélère l'adoption des puces GaN pour permettre la charge rapide des appareils mobiles et des équipements connexes. En février 2020, lors de la conférence de lancement du Xiaomi 10, la puce de puissance au nitrure de gallium GaNFast de Nanomicro a été utilisée pour la première fois dans le chargeur au nitrure de gallium 65W de Xiaomi, et le GaN a commencé à attirer l'attention du public. Le Xiaomi Mi 11 est sur le point d'être lancé sur le marché avec une nouvelle version de la charge rapide GaN de 55 W. Ce chargeur sera inclus avec les smartphones Xiaomi Mi 11 lors de leur lancement à l'étranger. Selon Gene Sheridan, PDG et cofondateur de Navitas, la version internationale du chargeur standard 55 W Nano GaNFast au nitrure de gallium du Xiaomi Mi 11 est dotée d'une prise secteur européenne à 2 broches, ce qui indique que les principaux fabricants de smartphones de premier plan ont commencé à adopter la technologie au nitrure de gallium et que l'industrie a commencé à abandonner progressivement les anciennes puces en silicium à faible vitesse.

Prenez à la fois des IGBT et des SiC

Concernant les IGBT et le SiC, l'industrie a toujours nourri une inquiétude latente. Alors que les IGBT approchent progressivement des limites de performance du silicium, le SiC, matériau semi-conducteur de troisième génération, est perçu comme un nouveau concurrent sérieux pour les futurs véhicules électriques. Cependant, selon l'analyse d'experts du secteur, « le SiC est comme un adolescent intelligent et déterminé, doté d'atouts exceptionnels et de faiblesses tout aussi importantes. L'IGBT, quant à lui, est plutôt comme un jeune homme stable et mûr, capable d'assumer pleinement la charge des dispositifs de puissance. » Par conséquent, compte tenu de la répartition différente des tâches entre les deux, la stratégie à deux volets adoptée par Huawei, centrée sur les IGBT et le SiC, s'avère judicieuse. Le premier dispositif de puissance que Huawei aurait été amené à fabriquer était l'IGBT. Composant essentiel à la conversion et à la transmission d'énergie, l'IGBT est souvent considéré comme le « processeur » des dispositifs électroniques de puissance. En tant que leader des alimentations sans coupure (UPS), Huawei occupe la première place du marché mondial des centres de données ; l'IGBT est donc un composant clé de ses alimentations UPS. De plus, en tant que secteur émergent stratégique national, l'IGBT est largement utilisé dans le transport ferroviaire, les réseaux intelligents, l'aérospatiale, les véhicules électriques, les équipements pour les énergies nouvelles et d'autres domaines. Avec le développement des véhicules à énergies nouvelles, du transport ferroviaire et des réseaux intelligents, la demande en IGBT a connu une croissance substantielle. Les dispositifs de puissance constituent l'un des composants électroniques essentiels du système de commande électronique des véhicules à énergies nouvelles. Leur coût est plus de cinq fois supérieur à celui des véhicules à moteur thermique. En particulier, l'IGBT représente environ 37 % du coût du système de commande électronique de ces véhicules. Outre l'IGBT, Huawei développe également le carbure de silicium (SiC). Ces deux dernières années, grâce aux caractéristiques uniques et performantes du SiC, les constructeurs automobiles ont progressivement intégré des composants en SiC. L'implication de Huawei dans le secteur automobile est bien connue. Huawei ne construit pas de voitures, mais se concentre sur les technologies de l'information et de la communication (TIC) pour aider les constructeurs à concevoir des véhicules performants. Huawei s'engage à devenir un fournisseur de composants de pointe pour les véhicules connectés intelligents. La recherche et le développement d'IGBT et de SiC constituent également une voie privilégiée par Huawei pour devenir un fournisseur de pièces automobiles. Pour l'instant, les semi-conducteurs de puissance pour l'automobile restent dominés par les IGBT à base de silicium, tandis que les MOSFET à base de SiC représentent l'avenir grâce à leurs performances supérieures. Cependant, leur coût élevé constitue le principal frein à leur adoption. Néanmoins, avec l'augmentation de la capacité des batteries et de la puissance/du couple maximal des moteurs, les avantages des MOSFET à base de SiC deviennent de plus en plus significatifs. L'intégration des dispositifs de puissance en SiC dans les chargeurs de véhicules s'accélère également. De nombreux fabricants ont lancé des dispositifs de puissance en SiC pour les chargeurs de véhicules électriques, tels que les hybrides et les véhicules électriques. Selon les statistiques de Yole, ce marché pourrait maintenir un taux de croissance de 44 % d'ici 2023.    

L'évolution à long terme du SiC de puissance (Source : Yole)Dans le domaine des investissements, Hubble Technology Investment Co., Ltd., filiale de Huawei, a pris l'an dernier une participation de 10 % dans Shandong Tianyue Advanced Materials Technology Co., Ltd., entreprise chinoise leader dans le secteur des semi-conducteurs de troisième génération à base de carbure de silicium. En juillet 2020, Huawei a également investi dans Dongwei Semiconductor, société qui propose principalement trois gammes de produits : les semi-conducteurs GreenMOS haute tension, les semi-conducteurs SGTMOS moyenne et basse tension, et les transistors IGBT. Ces produits sont largement utilisés dans les chargeurs rapides, les bornes de recharge, les alimentations à découpage, les variateurs de moteurs à courant continu et les onduleurs photovoltaïques.    

Planification pour GaN

Selon les prévisions de Yole, le GaN sera principalement utilisé dans l'électronique grand public, l'électronique automobile, les infrastructures de télécommunications, etc. Dans le domaine du nitrure de gallium, la tendance majeure en matière d'intégration de dispositifs GaN est celle des solutions système sur puce (SoC ou SoP). En effet, les dispositifs de puissance GaN sont principalement destinés au marché de l'électronique. Pour le marché grand public, il s'agit d'une tendance technologique évidente, notamment en matière de charge rapide. Un chargeur rapide comprend principalement deux composants clés : une puce de gestion de l'alimentation et un composant discret de puissance. Les exigences en matière de charge rapide sont la densité de puissance et l'efficacité. Les entreprises doivent donc optimiser la taille du système et réduire le coût par unité de puissance dans ce format.    

Figure 2 : Marché du GaN de puissance (Source : Yole)  
À mesure que la technologie GaN mûrit, elle permettra de concevoir des composants optimisés, notamment en termes de taille et de poids. grâce à une conception ingénieuse. De plus, comparés aux composants ordinaires à base de silicium, les composants GaN commutent 10 fois plus vite et peuvent fonctionner à des températures plus élevées. Par conséquent, l'utilisation du GaN dans le domaine de la charge rapide USB PD est devenue très courante. Le 8 avril 2020, lors du lancement des nouveaux produits de printemps 2020 de Huawei, Huawei a présenté un seul chargeur : un chargeur à double port GaN (nitrure de gallium) de 65 W. À cette époque, des rumeurs circulaient selon lesquelles Huawei le développait de son côté, mais la situation réelle reste à vérifier. Cependant, des personnes connaissant bien la chaîne d'approvisionnement de Huawei ont souligné que Huawei est fortement présent dans le domaine du GaN. À l'heure actuelle, de nombreux fabricants proposent sur le marché la charge rapide GaN, tels que Power Integration, Inc., Navitas et Innoscience, les trois principaux fournisseurs. Outre Huawei HiSilicon, de nombreuses entreprises nationales, dont Haite High-tech, Hailu Heavy Industry, Suzhou Jingzhan, Jiangsu Huagong, Chongqing China Resources Micro et Hangzhou Silan Micro, ont activement déployé des semi-conducteurs de troisième génération. On prévoit qu'avec l'augmentation de la demande des utilisateurs en matière de portabilité, le marché mondial de la charge rapide GaN devrait atteindre plus de 60 milliards de yuans en 2025, tout en accélérant le remplacement des produits à base de silicium par des puces GaN dans d'autres domaines émergents. Outre la charge rapide dans le domaine de l'électronique grand public, les dispositifs discrets à base de GaN sont également mieux adaptés aux applications haute puissance, telles que les centres de données ou les alimentations des stations de base. En juin 2020, Huawei a annoncé son intention d'établir une base de recherche et développement et de production en optoélectronique au Royaume-Uni. La première phase du projet sera axée sur la recherche et le développement ainsi que sur la fabrication de dispositifs et de modules optiques. En intégrant les fonctions de R&D et de production, nous pouvons accélérer les processus de développement et de commercialisation des produits et les mettre sur le marché plus efficacement. La technologie optoélectronique est une technologie clé pour les systèmes de communication par fibre optique, et l'investissement majeur de Huawei au Royaume-Uni vise à promouvoir l'application des technologies connexes dans les centres de données et les infrastructures réseau mondiaux. Dans le domaine de l'optoélectronique, la faible consommation d'énergie et le rendement lumineux élevé du GaN sont des atouts pour les LED et les lasers ultraviolets. Les diodes électroluminescentes (DEL) à ultraviolets profonds à base de semi-conducteurs GaN constituent la principale voie de développement des sources de lumière de désinfection ultraviolette. Leurs sources lumineuses sont de petite taille, très efficaces et ont une longue durée de vie. Un module à puce de la taille d'un capuchon de pouce peut émettre une lumière ultraviolette plus intense qu'une lampe à mercure. Dans le domaine des radiofréquences GaN, Huawei a utilisé des amplificateurs de puissance en nitrure de gallium dans ses stations de base 4G LTE il y a quelques années. Ensuite, avec l'avènement de la 5G, le GaN présente un potentiel de plus en plus grand car, à hautes fréquences, la densité de puissance du GaN reste excellente par rapport au LDMOS, et l'efficacité de l'ajout de puissance augmente également. Selon les prévisions de données de Yole (Figure 2), l'adoption du GaN dans les centres de données progresse lentement. Ezgi Dogmus, analyste technologique et de marché chez Yole, a déclaré que cela était dû à l'absence de réglementation. Si le gouvernement renforce la surveillance stricte des centres de données afin de réduire la consommation d'énergie, le taux de pénétration du GaN dans les centres de données sera plus élevé. Face à l'augmentation des exigences en matière d'efficacité, le nitrure de gallium joue un rôle important par rapport au silicium, qui répond pourtant encore aux exigences actuelles. Dans le secteur automobile, avec l'utilisation croissante de composants dans les voitures, le rôle du GaN devient de plus en plus important. Le 11 août 2020, lors du 12e Forum Automotive Blue Book, Wang Jun, président de Huawei Smart Car Solutions BU, a révélé que Huawei développait actuellement la technologie lidar. Les progrès réalisés dans le domaine des transistors GaN se sont révélés essentiels au développement de systèmes lidar de haute précision. Les systèmes LiDAR émettent des impulsions lumineuses à partir de lasers à émission de surface à cavité verticale (VCSEL), qui nécessitent un contrôle électrique de haute puissance et sont très rapides avec des temps de montée et de descente courts. C’est l’une des raisons pour lesquelles le nitrure de gallium est bénéfique aux systèmes lidar. Les transistors à effet de champ au nitrure de gallium commutent beaucoup plus rapidement que les transistors à effet de champ au silicium, permettant des impulsions courtes à des courants élevés. Cette propriété est essentielle pour le lidar car des largeurs d'impulsion plus courtes permettent une résolution plus élevée, et des courants d'impulsion élevés permettent aux systèmes lidar de voir plus loin.

Situation générale des semi-conducteurs de puissance nationaux

Enfin, examinons de manière systématique la chaîne de valeur industrielle des semi-conducteurs de puissance en Chine, et plus particulièrement celle des IGBT, du SiC et du GaN. Commençons par l'ensemble de la chaîne de valeur des IGBT. La production nationale d'IGBT est bien implantée, depuis la conception des puces jusqu'à l'encapsulation des modules, en passant par la fabrication des plaquettes. Cependant, elle n'en est qu'à ses débuts. La fabrication des plaquettes, l'amincissement du substrat et les procédés d'encapsulation constituent les principales difficultés de la technologie de production des IGBT, et un écart important subsiste avec les pays étrangers dans ce domaine.

Analyse de l'ensemble de la chaîne de valeur nationale de l'IGBT (Tableau : Observations sur l'industrie des semi-conducteurs)  
Dans le secteur du carbure de silicium (SiC), en termes de substrats et d'épitaxie, la Chine reste dominée par les produits de 4 pouces. Les produits de 6 pouces sont développés et fournis en petites séries. De manière générale, comparée aux pays étrangers, l'industrie chinoise du carbure de silicium accuse un retard à tous les niveaux de sa chaîne de valeur, avec un écart global d'environ cinq ans. Par rapport aux technologies étrangères les plus avancées, les diodes SiC chinoises ont une génération de retard, soit deux à trois ans. Cet écart n'est pas considérable et un rattrapage est tout à fait envisageable dans un avenir proche. Toutefois, cela nécessite des efforts simultanés de tous les acteurs, en amont comme en aval, de la chaîne de valeur chinoise.

Analyse de l'ensemble de la chaîne de valeur nationale de l'industrie du SiC (Tableau : Observation de l'industrie des semi-conducteurs)D'après l'étude « Marché des dispositifs semi-conducteurs au nitrure de gallium : prévisions mondiales 2023 » publiée par RESEARCH AND MARKETS, le marché des dispositifs au nitrure de gallium devrait passer de 16.5 milliards de dollars US en 2016 à 22.47 milliards de dollars US en 2023, soit un taux de croissance annuel composé de 4.51 %. La chaîne de valeur de l'industrie du GaN comprend les matériaux en amont (substrats et épitaxie), les dispositifs et modules intermédiaires, ainsi que les systèmes et applications en aval. Portée par l'expansion progressive du marché national du GaN, de nombreux fabricants ont fait leur apparition à tous les niveaux de la chaîne.  
 

Analyse de l'ensemble de la chaîne de valeur nationale de l'industrie GaN (Tableau : Observations sur l'industrie des semi-conducteurs)     

Conclusion

Dans le contexte international actuel, les activités à l'étranger de Huawei ont été globalement freinées. Le secteur automobile émergent représente une véritable percée pour l'entreprise et joue un rôle de plus en plus crucial dans sa stratégie de croissance. L'entrée sur le marché des composants de puissance, qu'il s'agisse d'IGBT, de SiC ou de GaN, constitue un élément fondamental de son positionnement en tant que fournisseur de pièces automobiles. Grâce aux performances supérieures de ces composants, l'entreprise peut alimenter ses propres équipements, notamment pour l'alimentation des stations de base, la recharge rapide, la recherche et le développement en optoélectronique, et d'autres applications.    

Actuellement, dans le domaine des semi-conducteurs de puissance de troisième génération, nous bénéficions d'une position favorable, tant au niveau du développement des technologies nationales qu'internationales, ainsi que de l'intérêt que suscite cette technologie en Chine. La plupart des experts nationaux sont également optimistes quant au développement des semi-conducteurs de troisième génération dans notre pays. Ces matériaux semi-conducteurs pourraient nous permettre de sortir de la passivité des circuits intégrés et de rattraper, voire de dépasser, les technologies de pointe en matière de puces. Une entreprise performante comme Huawei devrait jouer un rôle moteur dans l'essor des semi-conducteurs en Chine !

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