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La gravure de semi-conducteurs de plus en plus onéreuse : 32 milliards de dollars pour la première usine 1 nm de TSMC

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Écrit par Guillaume
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Soutenue par le gouvernement taïwanais, la société TSMC se prépare à la construction de la plus moderne et la plus onéreuse usine de semi-conducteurs au monde.

Comme vous pouvez le voir sur le très intéressant graphique ci-dessous, en 2002-2003, le monde pouvait compter sur près de trente sociétés spécialisées pour assurer son approvisionnement en semi-conducteurs dernier cri. Il n’était alors question que de gravure en 130 nanomètres et pami les entreprises capables d’un tel ouvrage, on retrouvait des sociétés américaines bien sûr, mais aussi européennes, japonaises, sud-coréennes ou taïwanaises. Ainsi, à côté de noms bien connus comme IBM ou Texas Instruments, on retrouvait des entreprises moins célèbres comme Freescale ou Rohm et, vous vous en doutez, les futurs ténors du marché que sont Intel, Samsung et TSMC.

Avec le temps, la gravure s’est affinée pour permettre d’aboutir à des transistors toujours plus petits. Sur une même galette – un wafer – il est alors possible de placer beaucoup plus de transistors et, à taille de puce équivalente, davantage de puces. Reste que les composants se sont compléxifiés et plutôt que d’en produire davantage, les wafers servent surtout à en produire de plus riches, intégrant toujours plus de fonctionnalités. En quelques années, nous sommes passés de la gravure en 130 nm au 90 nm (2004-2006), puis au 65 nm (2006-2008) et aux 45/40 nm (2008-2012). De fait, en moins de dix ans, le nombre de sociétés en mesure de produire les puces les plus modernes s’est considérablement réduit.

Nous parlions de 26 entreprises à la pointe en 2004-2006, elle ne sont plus que que 14 en 2008-2012. Sur le nœud 32/28 nm, qui se répand entre 2010 et 2012, elles ne sont même plus que 10. Deux ans plus tard, elles sont encore moins nombreuses (7) et même un géant comme IBM lâche alors l’affaire. En 2014-2016, à l’avènement des 16/14 nm, seules 6 entreprises sont en mesure de produire les précieux composants : GlobalFoundries, Intel, Samsung, SMIC, TSMC et UMC. Aujourd’hui, alors que l’on parle d’une gravure en 5 nm, trois entreprises se partagent le gâteau : Intel, Samsung et TSMC. Trois entreprises qui investissent massivement pour moderniser encore et toujours leurs usines.

Tout récemment, Tom’s Hardware a relayé les propos du vice-premier ministre taïwanais, Shen Jong-Chin. Sans que la société TSMC ait confirmé quoi que ce soit, ce dernier a effectivement évoqué le futur, la gravure en 1 nm. Soutenu par le gouvernement de Taïwan, la société TSMC aurait déjà retenu un site propice à l’implantation d’une usine capable d’une telle gravure, à proximité du Longtan Science Park de Taoyuan, sur l’île de Taïwan bien sûr. Plus intéressant, Shen Jong-Chin a évoqué l’investissement nécessaire pour cette usine : 32 milliards de dollars, soit une augmentation de 12 milliards par rapport à la facture d’une usine 3 nm.

Comme le montre le graphique ci-dessus, les investissements progressent à un rythme effrené à mesure que la finesse de gravure devient de plus en plus difficile à atteindre. Dans le cas du 1 nm, il faut notamment revoir l’intégralité des machines et TSMC s’appuiera alors sur les outils lithographiques dernier cri d’ASML, le leader dans ce domaine, des machines dites « extreme ultraviolet » (EUV). Si TSMC ne semble pas devoir baisser les bras face aux coûts du 1 nm, on peut se demander si Intel ou Samsung seront prêts à de tels investissements. Combien d’entreprises sur cette technologie qui ne devrait pas voir le jour avant 2027 ? Et après ?