Pénurie de semi-conducteurs : pourquoi les voitures high-tech et les consoles manquent ?

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Pénurie de semi-conducteurs : pourquoi les voitures high-tech et les consoles manquent ?

Etats-Unis, Chine, Union européenne. Ces trois géants économiques dépendent de la production de semi-conducteurs taïwanaise et coréenne. Les trois prêchent l’autosuffisance et la souveraineté en la matière. Mais savez-vous ce qu’est un semi-conducteur, et qui les produit ? Pourquoi ces produits sont-ils devenus un enjeu géopolitique ? On vous explique tout en 4 questions.

Peugeot à Sochaux, Stellantis à Rennes, Jaguar Land Rover en Allemagne, Ford aux Etats-Unis. Depuis plusieurs mois, les lignes de production automobile tournent au ralenti, voire sont complètement à l’arrêt. Ces industries sont suspendues aux livraisons de semi-conducteurs. Et elles ne sont pas les seules. Des usines de consoles de jeu, d’ordinateurs, de smartphones, et même d’électroménagers, sont aussi ralenties, et pourraient bientôt être arrêtées

La raison ? Ces cartes électroniques, ou circuits imprimés, arrivent, depuis plusieurs mois, au compte-goutte. Les fabricants n’arrivent pas à en produire assez car la demande a explosé. 

Pourquoi une telle pénurie ? Qui produit les semi-conducteurs et pourquoi sont-ils devenus un enjeu géopolitique ? On vous explique tout en 4 questions. 

1. Qu’est ce qu’on appelle des semi-conducteurs ?

Les semi-conducteurs sont des composants de circuits intégrés, ou puces électroniques, de la taille d’un grain de sable qui permettent de traiter, de faire circuler ou de sauvegarder l’information.

Ils jouent le rôle de mini-ordinateurs, voire de cerveaux dans de nombreux produits. 

Éco-mots

Puces électroniques ou circuits intégrés

Ces termes désignent un composant électronique intégrant des composants analogiques (comme des transistors) ou numériques (des micro-processeurs et des mémoires qui ont le rôle de cerveaux capables de calculs et de traitement de l'information). Ils sont construits avec un matériau semi-conducteur - une substance dotée d'une résistance électrique qui est proche à la fois d'un matériau conducteur et d'un matériau isolant. Si le terme "semi-conducteur" est donc un matériau, il est utilisé dans le language courant comme un synonyme de puces électroniques ou de circuits intégrés. 

Alors qu’ils étaient présents seulement dans nos ordinateurs il y a quelques années, les semi-conducteurs sont maintenant partout : dans nos voitures (un véhicule en contiendrait en moyenne 800), nos avions, nos appareils ménagers. Ils sont même les composants  de base des produits de demain : carte de visite intégrée dans les ongles, intelligence artificielle, voiture autonome, aérospatial, 5G, calcul quantique … 

En Chiffres

429 milliards de dollars 

Montant du marché mondial des semi-conducteurs en 2020. 

Leur conception et leur fabrication représentent, en 2020, un marché mondial de 439 milliards de dollars, un chiffre en hausse de 7,3 % par rapport à 2019.

En 2021, ce chiffre atteindra 469 milliards de dollars, estime l’ESIA, l’Association des fabricants de composants électroniques européens, soit une croissance de 8,4 %. 

2. Pourquoi parle-t-on de pénurie ?

Tout commence au premier semestre 2020. Avec le Covid-19 et les périodes de confinement, les consommateurs se retrouvent plus qu’à l’accoutumée chez eux. Ils achètent, pour le télétravail, ou pour se divertir, des ordinateurs, des smartphones, et des consoles de jeux.

Pour répondre à cette demande, les fabricants d’ordinateurs et de consoles produisent plus, pour pouvoir vendre plus. Ils passent alors plus de commandes auprès des producteurs de semi-conducteurs.

Dans un premier temps, les fabricants de semi-conducteurs leur livrent les quantités demandées, car leurs acheteurs habituels, l’industrie de l’automobile, gourmande en puces pour les systèmes de freinage ou les moteurs électriques, ont tous ralenti leur production et donc leurs besoins en puces.  

Mais quand l’industrie de l’automobile est repartie, à la sortie du confinement en Asie, la pénurie a éclaté. 

Éco-mots

Pénurie

La pénurie désigne une tension sur la disponibilité de certains produits.

Les fabricants de puces n’ont pas assez de capacité industrielle pour répondre à la fois aux fabricants automobile et aux fabricants de high-tech. Et comme ces dernières sont prêtes à payer plus cher pour se faire livrer en priorité, les fabricants de semi-conducteurs favorisent les fabricants d’ordinateurs et de smartphones au détriment de l’industrie automobile. 

Résultat, partout dans le monde, des lignes de fabrication de voitures sont à l’arrêt. Un million de voitures n’ont pas été produites au 1er trimestre 2021 en raison du manque de semi-conducteurs.

La pénurie a aussi éclaté en raison d’énormes quantités de cartes électroniques soustraites au marché par Huawei. Le géant des télécoms chinois a constitué des réserves pour ses usines avant l’entrée en vigueur des sanctions américaines.  

 Les sanctions américaines contre Huawei

En mai 2020, Donald Trump décide de placer Huawei, le géant des télécoms chinois, sur la liste noire du Département du Commerce américain. L’administration américaine soupçonne Huawei d’espionnage, et considère qu’elle est le “bras armé de la surveillance du Parti communiste chinois". Elle veut aussi empêcher la Chine de dominer le marché des nouvelles technologies et de la 5G

Au nom de la sécurité nationale, Huawei est donc placé sur la liste noire du département du commerce. 

À partir de ce moment, aucune entreprise, quelle que soit sa nationalité, n’a plus le droit de vendre à Huawei des produits contenant des technologies américaines - y compris des semi-conducteurs

Tous les fabricants de ces puces électroniques ont annulé leurs livraisons à Huawei, de peur des sanctions américaines. 

Cette société a donc constitué en urgence d’énormes stocks avant l’entrée en vigueur de l’interdiction. Ces puces font cruellement défaut au marché des semi-conducteurs. 

La pénurie soulève un autre problème : la concentration de la fabrication des puces.

3. Par qui sont-ils fabriqués ?

Les semi-conducteurs se répartissent en plusieurs types de produits et donc plusieurs marchés : les cartes mémoires (chargées de stocker des informations), les composants discrets (capteurs, transistors, diodes), les composants analogiques, ou encore les processeurs (chargés d’exécuter les instructions machine des programmes informatiques). 

En fonction du type de produit fabriqué, et de la phase de fabrication (conception, production, assemblage), le nom et la nationalité des fabricants diffèrent. Mais les grandes tendances sont les suivantes. 

Les fabricants de semi-conducteurs se trouvent principalement en Asie. Taiwan, la Corée du Sud, le Japon et la Chine représentent 70% de la production mondiale de semi-conducteurs

A la tête de ces producteurs asiatiques règne la Taïwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), qui produit à Taïwan des semi-conducteurs depuis plus de trente ans. En 2020, 54 % de la fabrication mondiale a été sous-traitée à cette entreprise

La Corée du Sud, avec Samsung Electronics et SK Hynix, représente quant à elle 18,1% des ventes mondiales. 

Puis viennent les fabricants américains, avec Intel (15,6 % de parts de marché), NVidia, et Qualcomm, le fournisseur de puces d’Apple. 

En Europe, les entreprises européennes, dont le franco-italien ST Microelectronics et l’allemand Infineon, ont des résultats très différents en fonction des marchés.

Sur celui des mémoires et des processeurs, elles sont quasi-inexistantes. Mais leur part de marché reste importante pour les composants analogiques, et les composants discrets, comme le montre les statistiques de la SIA, l’Association des industriels des semi-conducteurs américains dans son rapport de 2020

Le continent européen abrite aussi des sociétés à la marge de la production, comme l'équipementier néerlandais ASML qui fournit des machines de gravure de précision nécessaires à la fabrication des puces de dernière génération.

Le nanomètre, la mesure de puissance d’une entreprise 

Une puce électronique est composée d’un circuit intégré dans lequel se trouvent des milliards de transistors. Ces transistors fonctionnent comme des moteurs : plus une puce en contient, plus elle est puissante.

La distance entre chaque transistor se mesure en nanomètre (nm) - une mesure qui correspond à un milliardième de mètre : pour les smartphones, les circuits intégrés ont des transistors distants de 7nm

Il est très compliqué de créer des circuits imprimés avec des transistors séparés par une si petite distance. La puissance technologique d’une entreprise, dans le domaine des semi-conducteurs, se mesure justement dans cette capacité à imprimer des circuits les plus petits.  

Aujourd’hui, seuls TSMC et Samsung sont capables de graver des circuits de 5nm. TSMC prévoit prochainement d’atteindre les 3nm - soit 20 000 fois plus fin qu’un cheveu. 

Intel, le premier fabricant américain, est capable de créer des circuits de 7nm. 

SMIC, le premier fabricant chinois, n’en est qu’à 14nm

En Europe, nous n’en sommes qu’à... 22 nm.

4. Comment la puce est-elle devenue un enjeu géopolitique ? 

Avec la pénurie, les Etats-Unis, l’Union européenne et la Chine se sont rendus compte qu’ils dépendent trop de fabricants taïwanais et sud-coréens. Une dépendance “inacceptable” qu’ils veulent corriger. Leur but : devenir auto-suffisants. 

Le plan made in China 2025

Les Chinois ont été les premiers à formuler un grand plan national pour créer une industrie de semi-conducteurs. C’était déjà le cas en 2015 : la Chine prévoyait, avec son plan made in China 2025, de produire, 10 ans plus tard, 70% des puces consommées dans le pays.

L’objectif semble aujourd’hui irréalisable. En 2014, on comptait 15,1% de production locale dans ses semi-conducteurs consommés. Aujourd’hui, elle en est seulement à 15,9%.

La Chine investit pourtant massivement dans ce domaine : 140 milliards de yuans en 2014 et 204 milliards de yuans en 2019 ont été injectés dans ces industries locales - soit une totalité de 44 milliards d’euros.  

Biden veut investir 50 milliards de dollars 

Les Etats-Unis ont la même ambition. Fin février, Joe Biden a d’abord édicté un décret qui passe au crible les chaînes d'approvisionnement des biens jugés "essentiels”: les semi-conducteurs en font partie, et sont vus comme un moyen de renforcer la sécurité nationale. 

Nous devons relocaliser une grande partie de notre chaîne d’approvisionnement”, avait constaté la secrétaire d’Etat au commerce américaine, Gina Raimondo, après l’annonce, fin mars, d’Intel qui a pour projet de construire deux usines de semi-conducteurs sur le sol américain. 

Puis fin mars, Joe Biden a présenté son plan relatif aux infrastructures qui concerne aussi cette industrie, dans lequel il souhaite investir 50 milliards de dollars (soit 41 milliards d’euros).

Une demande appuyée par des fabricants de puces américains comme Intel, Nvidia et Qualcomm, et des entreprises américaines qui dépendent des semi-conducteurs, comme Apple, Google, Amazon Web Services, Microsoft, Verizon et AT&T.

Dans une tribune du New York Times du 11 mai 2021, elles réclament des dizaines de milliards de dollars de financement fédéral au Congrès américain devant lequel sera débattu ce deuxième plan Biden. 

L’UE veut passer de moins de 10% à 20% de la production mondiale 

Il faut doubler la production européenne d’ici 10 ans, et lancer un “Airbus des semi-conducteurs”, estime le commissaire européen chargé de la politique industrielle, Thierry Breton.

En 2020, les entreprises européennes des semi-conducteurs ont réalisé un chiffre d’affaires de 36,45 milliards de dollars , soit 8,4% du marché mondial, estime l’ESIA, l’Association des fabricants de composants électroniques européens.

L’objectif est de dépasser les 20% en 2030, et de ne plus se laisser distancer. Comment ? En créant une alliance d’industriels et de chercheurs, et en investissant massivement. 

L'initiative européenne sur les processeurs et les semi-conducteurs, adoptée en décembre 2020, prévoit 145 milliards d'euros d'investissement sur trois ans. Mais pour l’instant, ce plan en est resté au stade de grande déclaration d’intention, comme  un objectif à atteindre sans échéances concrètes. 

En attendant, la pénurie s’étend. Elle devrait durer jusqu’en 2022, car “entre le moment où vous décidez l'investissement et le moment où l'usine tourne à plein il faut entre 48 et 60 mois”, explique le président de STMicroelectronics chez nos confrères de BFM-TV