L'industrie mondiale des semi-conducteurs traverse une période cruciale de modernisation continue. De nouvelles technologies et de nouveaux domaines accélèrent sans cesse son expansion. Des facteurs clés tels que l'offre et la demande favorisent la restructuration de la chaîne industrielle. Risques et opportunités coexistent sur le marché mondial.

Le développement de toute industrie est indissociable de l'innovation. On peut affirmer que l'innovation est le moteur essentiel de toutes les nouvelles technologies. S'appuyant sur l'innovation continue et l'amélioration itérative des technologies, l'industrie des semi-conducteurs est progressivement devenue un secteur stratégique et leader, caractérisé par une forte pénétration des applications et une influence considérable sur l'ensemble du secteur.

Du 9 au 11 juin, la Conférence mondiale des semi-conducteurs 2021 et l'Exposition internationale des semi-conducteurs de Nanjing se sont tenues au Centre international des expositions de Nanjing. Sous le thème « Innovation et changement, un partenariat gagnant-gagnant », nous avons discuté conjointement de l'innovation et de la coopération, du développement et des solutions gagnant-gagnant dans l'industrie mondiale des semi-conducteurs. (Conseil : La réponse en arrière-plan «Forum de l'innovation« Les supports de discours pertinents pour le Forum de l'innovation de cette Conférence mondiale sur les semi-conducteurs peuvent être obtenus ; vous trouverez plus de détails à la fin de l'article. »

Avec l'intégration et le développement continus de technologies émergentes telles que l'intelligence artificielle, la 5G et l'Internet des objets, la transformation numérique mondiale s'accélère, favorisant ainsi l'essor de l'industrie des semi-conducteurs. Pilier de l'économie de demain, cette industrie a enchaîné les avancées majeures.

Nouvelles orientations à l'ère post-Moore

Depuis l'élaboration de la loi de Moore, les limites physiques de cette loi se sont avérées atteintes, et les performances et la consommation énergétique des puces ont atteint leurs limites. Par ailleurs, les moyens techniques et les coûts économiques constituent également des freins à son développement. Wu Hanming, membre de l'Académie chinoise d'ingénierie et doyen de l'École de micro-nanoélectronique de l'Université du Zhejiang, a déclaré qu'après la loi de Moore, le développement technologique de l'industrie des semi-conducteurs a ralenti, tandis que le champ de l'innovation et les opportunités de rattrapage se sont accrus. Le calcul haute performance, l'informatique mobile et la détection autonome sont devenus les principaux axes de développement de la technologie des puces. Afin d'améliorer le PPAC (performance, consommation, surface, coût) des puces, ces dernières devront relever trois défis majeurs lors de leur fabrication.

La première est l'infographie de précision. Ce procédé, dont l'équipement principal est une machine de photolithographie, utilise actuellement une longueur d'onde de 193 nanomètres pour former des motifs de 20 et 30 nanomètres, ce qui est techniquement très difficile.

Le second axe concerne les nouveaux matériaux. L'amélioration des performances obtenue par la miniaturisation étant limitée, il est nécessaire de rechercher de nouveaux matériaux pour répondre aux exigences croissantes en matière de performances. Les nouveaux matériaux et les nouveaux procédés sont les principaux thèmes de la fabrication des puces de circuits intégrés.

Le troisième objectif est d'améliorer le rendement. Le rendement est le critère permettant de déterminer si un processus est véritablement mature, et il représente également le défi le plus difficile pour les fabricants de puces.

Selon Mao Junfa, académicien de l'Académie chinoise des sciences, membre du Comité permanent du Parti et vice-président de l'université Jiao Tong de Shanghai, deux voies de développement sont possibles pour les puces semi-conductrices : la poursuite de la loi de Moore et le dépassement de cette loi. L'intégration hétérogène est l'une des nombreuses méthodes permettant de dépasser la loi de Moore.

L'intégration hétérogène permet de combiner les avantages de différents matériaux, procédés, structures et composants semi-conducteurs, ou puces, et de réaliser des fonctions puissantes et complexes, avec d'excellentes performances globales. Elle surpasse les limites de performance d'un procédé semi-conducteur unique et présente l'avantage d'une grande flexibilité, d'une fiabilité élevée et d'un cycle de R&D court. Mao Junfa a déclaré que la recherche sur l'intégration hétérogène revêt une grande importance. Le développement des circuits intégrés est passé d'un procédé homogène unique à l'intégration de multiples procédés hétérogènes, d'une intégration planaire bidimensionnelle à une intégration tridimensionnelle, et d'une approche descendante à une approche ascendante.

Zheng Li, vice-président de l'Association chinoise de l'industrie des semi-conducteurs et directeur général de Changdian Technology, a déclaré qu'à l'ère post-Moore, la densité et l'intégration des puces sont devenues de plus en plus complexes, et que le packaging avancé ne se limite plus au simple « scellage » et à l'« installation », mais s'oriente vers l'« intégration » et la « connexion ». Des géants internationaux tels qu'AMD, TSMC et Intel déploient activement l'intégration hétérogène et développent des technologies de traitement des semi-conducteurs pour atteindre un haut niveau d'intégration et d'interconnexion des puces.

Toutefois, les procédés de fabrication et d'intégration à haute densité ne suffisent pas. La fabrication des plaquettes et celle des produits finis doivent être liées dès les premières étapes de la conception et de la planification des puces afin d'optimiser le rendement et d'améliorer les performances.

L'industrie des semi-conducteurs en crise

La loi de Moore est en déclin et la technologie des semi-conducteurs a un besoin urgent d'innovation. Or, le marché des semi-conducteurs est confronté à des bouleversements majeurs, inédits depuis un siècle. Début 2020, l'épidémie a provoqué une pénurie mondiale de puces, touchant de plein fouet le secteur de l'électronique automobile. À ce jour, des constructeurs automobiles tels que Hyundai, Kia, General Motors et Ford ont suspendu leur production faute d'approvisionnement suffisant, engendrant des pertes considérables.

D'après une étude de Goldman Sachs, pas moins de 169 secteurs d'activité à travers le monde ont été touchés, à des degrés divers, par la pénurie de puces, de l'électronique automobile à l'électronique grand public, et même jusqu'à la production de savon à bière. L'impact de cette pénurie ne s'est pas atténué, mais s'est au contraire intensifié.

Li Ke, vice-président de CCID Consulting Co., Ltd., estime que la pénurie de puces s'explique principalement par trois facteurs : la demande du marché, l'offre et les problèmes d'adéquation entre l'offre et la demande. Selon les statistiques du marché, le taux de croissance du marché des semi-conducteurs a atteint respectivement 31.9 % et 22 % en 2010 et 2017, sans qu'aucune pénurie de composants essentiels ne soit constatée durant ces deux années. De toute évidence, la pénurie de 2020 n'est pas due à une croissance soudaine et explosive du marché ni à une forte augmentation de la demande, mais bien à un problème d'approvisionnement et d'adéquation entre l'offre et la demande.

Ju Long, vice-président de SEMI Global et président de SEMI en Chine, a également déclaré que la pénurie de cœurs est le reflet d'une capacité de production insuffisante, et que cette insuffisance est globale. Des nœuds technologiques avancés aux matériaux, en passant par les substrats critiques pour l'encapsulation et les tests, la pénurie de cœurs est source d'inquiétude. Concernant la pénurie de cœurs pour l'automobile, outre une forte demande et une capacité de production insuffisante, le manque de compétences des constructeurs automobiles en matière de gestion de la chaîne d'approvisionnement est également l'une des causes de la situation actuelle.

Les fabricants en amont et en aval de toute la chaîne industrielle, de la fabrication, l'encapsulation et les tests de puces à la conception, en passant par l'automobile, les réseaux, l'électronique grand public, etc., ont été touchés par la pénurie de puces et ont pris des mesures. Les principaux fabricants, tels que TSMC, Samsung, Texas Instruments et SMIC, augmentent activement leurs capacités de production et recherchent de nouvelles innovations. AMD et d'autres usines sans usine, ainsi que les constructeurs automobiles, recherchent également activement des partenariats pour garantir l'approvisionnement en capacités de production.

D'après de nombreux observateurs du secteur, la pénurie de puces devrait persister pendant un à deux ans. La pression des marchés en amont et en aval fait grimper les prix, et les puces, bien que commercialisables, restent invendables. Pour les PME, l'année 2020 s'annonce difficile. Les principaux fabricants doivent également s'adapter d'urgence aux nouvelles tendances du marché.

Rechercher le développement par l'innovation et le changement

D'après les prévisions de diverses institutions, le marché des semi-conducteurs devrait connaître une croissance soutenue en 2021. On s'attend à un taux de croissance de 15 % à 20 % en 2021, et sa taille devrait dépasser les 500 milliards de dollars américains, atteignant ainsi un nouveau cap.

Depuis 2020, face à la demande du marché, les entreprises de la chaîne de valeur mondiale des semi-conducteurs ont intensifié leur développement afin de s'adapter aux évolutions du secteur et de stimuler leur croissance. Les usines de fabrication de plaquettes de 12 pouces, menées par Taïwan et la Corée du Sud, sont en constante expansion, et la capacité de production chinoise de plaquettes de 8 pouces continue également de progresser. Les fabricants de dispositifs semi-conducteurs continuent d'accroître leurs investissements et leurs budgets de recherche et développement. Samsung, Intel et d'autres fabricants augmentent leurs investissements et développent leurs usines de puces à travers le monde.

Face à la conjoncture actuelle, les fabricants chinois sont confrontés à la fois à des opportunités et à des défis. En 2020, le marché de la fabrication de puces en Chine représentait 256 milliards de yuans, tandis que celui de l'encapsulation et des tests atteignait 250.9 milliards. Ainsi, pour la première fois de son histoire, l'industrie chinoise de la fabrication de puces a dépassé celle de l'encapsulation et des tests, et la structure de l'industrie des semi-conducteurs continue de s'optimiser. Le développement rapide de l'industrie de la fabrication de puces a fortement soutenu celui de l'industrie chinoise des circuits intégrés et a également garanti la sécurité de la chaîne d'approvisionnement et de la chaîne industrielle.

De nouvelles technologies telles que la 5G, l'intelligence artificielle et la conduite autonome s'intègrent au marché. Les matériaux, les technologies et les procédés semi-conducteurs sont également en constante évolution. À l'avenir, la structure du marché sera profondément remaniée. Li Ke a déclaré que les entreprises de toute la chaîne de valeur doivent avoir une vision claire des tendances futures du marché et rechercher activement de nouvelles opportunités.

Résumer

L'industrie mondiale des semi-conducteurs traverse une période critique de modernisation continue. De nouvelles technologies et de nouveaux domaines accélèrent constamment son expansion. Des facteurs clés tels que l'offre et la demande favorisent la restructuration de la chaîne industrielle. Risques et opportunités coexistent sur le marché mondial. Ces dernières années, la question de la relocalisation de la production est restée au cœur des débats. 2021 marque le début du 14e plan quinquennal. Chaque entreprise doit se positionner comme acteur principal de l'optimisation de son implantation industrielle, poursuivre l'innovation technologique, consolider ses compétences techniques et soutenir le développement d'applications nationales.

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