La pénurie mondiale de semi-conducteurs aggravée par la pandémie de coronavirus et les problèmes de chaîne d'approvisionnement ne montrent aucun signe d'amélioration, car les industries du monde entier ont dû arrêter la production en attendant les processeurs.
Un rapport du département américain du Commerce publié cette semaine a révélé une pénurie «alarmante» de puces informatiques à un moment où la demande médiane pour celles-ci était jusqu'à 17% plus élevée en 2021 qu'en 2019.
"Il s'agit d'une inadéquation majeure entre l'offre et la demande", indique le rapport.
La secrétaire au Commerce, Gina Raimondo, a déclaré que le manque d'inventaire de puces ne laisse aucune marge d'erreur aux constructeurs automobiles et aux autres utilisateurs de puces.
"C'est vraiment alarmant la situation dans laquelle nous nous trouvons en tant que pays et l'urgence avec laquelle nous devons agir pour augmenter notre capacité nationale", a déclaré Raimondo en présentant les conclusions de son agence.
Une récente augmentation des cas de coronavirus en Malaisie, au Vietnam et aux Philippines a encore exacerbé les problèmes dans une industrie déjà entravée de la fabrication de puces informatiques et de la chaîne d'approvisionnement.
La semaine dernière, la Maison Blanche a organisé un sommet pour réunir les fabricants et les acheteurs de semi-conducteurs afin de trouver des solutions au problème. Un point de friction majeur est la demande actuelle de puces plus anciennes, et non les semi-conducteurs de pointe fabriqués par les plus grands fabricants de puces au monde – TSMC, Intel et Samsung.
La pénurie a commencé avant la pandémie
Le problème a en fait commencé avant que la pandémie mondiale ne frappe en 2020. Les anciennes usines de fabrication de semi-conducteurs étaient déjà à leur capacité maximale, selon Alan Priestley, vice-président analyste chez Gartner Research. "Covid a exacerbé le problème parce que toutes les prévisions de la demande pour l'industrie ont été jetées en l'air", a-t-il déclaré.
L'année dernière, la pénurie de puces informatiques a forcé les constructeurs automobiles à fermer la fabrication et à réduire la production de 7,7 millions de voitures ; cela, à son tour, a conduit à une pénurie massive de véhicules au moment où les nations ont commencé à lever les quarantaines généralisées, permettant aux gens de voyager à nouveau.
D'autres industries ont également arrêté la production alors même que le marché de l'électronique grand public a décollé pendant la pandémie. Les entreprises et leurs employés ont augmenté leurs achats d'ordinateurs de bureau et d'ordinateurs portables pour le bureau à domicile, et les consommateurs se sont tournés vers l'achat d'une grande variété d'appareils tels que des téléviseurs, des systèmes de jeu, des écouteurs et d'autres équipements électroniques.
"Toutes les prévisions du marché sont devenues faussées et les fabricants ont donc dû modifier leur capacité de fabrication pour répondre à la nouvelle demande", a déclaré Priestley. «Puis en 2021, lorsque les choses ont commencé à se redresser, les industries qui n'achetaient pas de produits se sont remises en ligne et les fabricants ont dû leur dire d'attendre – ils ne fabriquaient pas ces produits à l'époque.
« L'industrie automobile était primordiale. Ils ont dit de nous donner [des semi-conducteurs], et les fabricants ont dit que nous n'en fabriquions pas pour le moment. Vous devrez attendre », a déclaré Priestley. « La fabrication des puces n'est pas instantanée. Il faut trois ou quatre mois pour commencer à fabriquer une puce, et encore moins pour qu'elle soit prête à être expédiée.
Ces puces doivent ensuite être intégrées dans les différents systèmes qui composent un produit donné, comme une automobile ou ses différents sous-systèmes, ce qui signifie expédier des puces en Asie, où la plupart des produits sont fabriqués.
En septembre, le ministère du Commerce a envoyé une enquête aux fabricants de semi-conducteurs et aux acheteurs de puces informatiques, obtenant en retour 150 réponses de presque tous les principaux producteurs de puces et de nombreux consommateurs de la technologie.
L'enquête a montré qu'à son pire moment en 2021, il y avait moins de cinq jours d'inventaire de semi-conducteurs, en forte baisse par rapport à un approvisionnement moyen de 40 jours en 2019. "Ces inventaires sont encore plus petits dans les industries clés", indique le rapport.
Depuis le début de la pénurie de semi-conducteurs, les fabricants ont considérablement augmenté la capacité de production de leurs usines, fonctionnant à un taux d'utilisation de plus de 90 % de leurs installations. Ce taux de production élevé est inhabituel car les machines à semi-conducteurs nécessitent un entretien régulier et consomment d'énormes quantités d'énergie.
L'essentiel : il n'y a pas assez de capacité de fabrication pour répondre à la flambée de la demande qui a précédé l'épidémie de COVID-19.
La demande accrue de processeurs plus anciens pour prendre en charge les nouvelles technologies, telles que les véhicules électriques et autonomes - et la technologie intelligente qui intègre des capteurs dans les équipements de fabrication, les bâtiments et les produits pour collecter des données et automatiser les systèmes - mettait déjà à rude épreuve l'industrie des semi-conducteurs. Ces systèmes ne nécessitent pas de puces à la pointe de la technologie, ce qui signifie que la pénurie actuelle n'implique pas principalement les derniers GPU et CPU basés sur la technologie 7 nanomètres (nm), selon Priestley.
Au lieu de cela, la pénurie de capacité de puce concerne principalement les semi-conducteurs plus anciens construits sur des puces logiques héritées, y compris, par exemple, les nœuds 40 nm, 90 nm, 150 nm, 180 nm et 250 nm. Ces transistors plus anciens sont auxiliaires aux processeurs informatiques principaux, mais sont nécessaires pour des éléments tels que les écrans d'ordinateur, les composants RF des téléphones portables, les opérations analogiques et la gestion de l'alimentation du système. Toutes ces dernières fonctions sont nécessaires à la production d'ordinateurs, d'appareils médicaux, de systèmes à large bande et d'automobiles.
"Malheureusement, ce sont les choses dont vous avez besoin pour créer des produits. Vous pouvez parler de microprocesseur ou de processeur d'application de dernière génération dans un smartphone, mais de nombreuses autres puces le contournent », a déclaré Priestley. "La livraison d'un nouvel ordinateur portable aujourd'hui est retardée à cause des contrôleurs d'affichage. Ils n'ont pas besoin des transistors de plus petite taille.
Et, comme les usines de semi-conducteurs existantes sont à pleine capacité, il est peu probable que la production de puces plus anciennes se produise de si tôt. Plus précisément, de nombreuses usines ont réorganisé leurs machines pour produire de nouvelles puces qui étaient en demande avant la pandémie ; ils ne sont pas susceptibles de se rééquiper pour répondre à la demande actuelle de processeurs plus anciens.
L'industrie automobile mondiale a, en particulier, ressenti les répercussions, selon Priestley. Aux États-Unis, où la fabrication automobile est une composante majeure de l'économie nationale, le gouvernement fédéral a réagi l'année dernière avec une législation et de nouveaux programmes visant à accroître la fabrication nationale de semi-conducteurs. Ces programmes tentent de freiner les perturbations futures de la chaîne d'approvisionnement en réduisant la dépendance à l'égard des usines de fabrication de semi-conducteurs en Asie.
La plupart des semi-conducteurs sont fabriqués en dehors des États-Unis
Au cours des 30 dernières années, la part des États-Unis dans la production mondiale de semi-conducteurs est passée de 37 % à seulement 12 %, selon les chiffres publiés par la Maison Blanche la semaine dernière. Aujourd'hui, les trois quarts de la production de semi-conducteurs ont lieu en Asie de l'Est. Et 90% des semi-conducteurs de pointe, tels que les tranches de traitement de 7 nm, sont fabriqués à Taiwan.
En juin, le Sénat a adopté la loi américaine sur l'innovation et la concurrence (USICA), que la Chambre et le Sénat travaillent toujours à finaliser. Il comprend le financement intégral du CHIPS for America Act; cela fournirait 52 milliards de dollars pour stimuler les investissements du secteur privé.
"La réalité est que le Congrès doit agir", a déclaré Raimondo. "Chaque jour que nous attendons, nous prenons encore plus de retard."
Mais pour une industrie des semi-conducteurs qui dépense jusqu'à 20 milliards de dollars pour mettre en ligne une nouvelle usine de fabrication, 52 milliards de dollars sont une goutte d'eau, a déclaré Priestley.
Le manque d'approvisionnement en semi-conducteurs n'a pas nui aux fabricants de puces. Le marché mondial a été particulièrement dynamique en 2021, les revenus des semi-conducteurs ayant augmenté de 25 % d'une année sur l'autre pour atteindre 583,5 milliards de dollars - la première fois qu'il a dépassé la barre des 500 milliards de dollars, selon Gartner. Le marché croissant des smartphones 5G a été un moteur important de la demande, tout comme la vigueur continue du marché mondial des PC.
Il est important de noter que la croissance n'est pas due uniquement à une forte demande. La pénurie de puces a entraîné une augmentation des prix de la logistique et des matières premières, ce qui a fait grimper le prix de vente moyen (ASP) des semi-conducteurs. Les 10 principaux fournisseurs de semi-conducteurs ont vu leurs revenus augmenter de 2020 à 2021, certains atteignant des taux de croissance supérieurs à 50 % pour l'année, selon Gartner.
Les fabricants cherchent à stimuler la production américaine
Les sociétés de semi-conducteurs ont investi plus d'argent que jamais dans l'expansion de leurs capacités. Dans son rapport 2021, la Semiconductor Industry Association prévoyait que les dépenses d'investissement (capex) de l'industrie des semi-conducteurs atteindraient près de 150 milliards de dollars en 2021 et au-delà de 150 milliards de dollars en 2022. En comparaison, avant l'année dernière, l'industrie n'a jamais dépensé plus de 115 milliards de dollars en capex annuels. .
En octobre 2020, Intel a ouvert sa toute nouvelle usine de fabrication de semi-conducteurs, Fab 42, à Chandler, en Arizona. En mars 2021, Intel a annoncé qu'il investirait 20 milliards de dollars supplémentaires pour y construire deux usines supplémentaires dans le cadre de son plan de fabrication de dispositifs intégrés (IDM 2.0), une stratégie à long terme pour stimuler la production et répondre à la demande de semi-conducteurs de pointe. .
Certaines nouvelles usines de fabrication devraient être mises en service dès le second semestre de cette année, mais la plupart sont encore à deux ou trois ans de leur ouverture.
Le PDG d'Intel, Pat Gelsinger, a déclaré qu'Intel prévoyait d'augmenter sa production afin de devenir "un fournisseur majeur de capacités de fonderie aux États-Unis et en Europe pour servir les clients dans le monde entier".
"Intel est la seule entreprise avec la profondeur et l'étendue des logiciels, du silicium et des plates-formes, des emballages et des processus avec une fabrication à grande échelle [sur laquelle] les clients peuvent compter pour leurs innovations de nouvelle génération", a déclaré Gelsinger dans un communiqué.
La semaine dernière, Intel a également annoncé son intention d'investir 20 milliards de dollars pour construire deux nouvelles usines de fabrication de semi-conducteurs dans l'Ohio. Pour soutenir le développement du nouveau site, Intel a promis 100 millions de dollars supplémentaires pour des partenariats avec des universités locales afin de créer un vivier de talents et de renforcer les programmes de recherche dans la région.
En novembre, Samsung a annoncé qu'il dépensait 17 milliards de dollars pour construire une nouvelle usine de semi-conducteurs à Taylor, au Texas. Cette usine se concentrera sur les processeurs pour prendre en charge le mobile, la 5G, le calcul haute performance (HPC) et l'intelligence artificielle (IA). Le même mois, Texas Instruments a annoncé qu'il dépenserait 30 milliards de dollars pour une nouvelle usine à Sherman, au Texas. Et Cree prévoit de dépenser 1 milliard de dollars pour agrandir une usine actuelle en Caroline du Nord.
Priestley de Gartner a déclaré qu'il s'attend à ce que l'offre de semi-conducteurs s'améliore tout au long de l'année à venir, en partie parce que la demande pour de nombreux appareils électroniques commence à montrer des signes de ralentissement. Mais alors que les écosystèmes de communication 5G commencent à se déployer et que l'industrie du cloud informatique continue de croître, la demande devrait à nouveau augmenter.
En attendant, tout comme pour la pandémie, les entreprises et les consommateurs devront simplement apprendre à vivre avec une pénurie de certains produits électroniques.
"Nous allons nous y habituer", a déclaré Priestley.
