Le fabricant de puces taïwanais augmente sa production pour mettre fin à la pénurie de puces

Alors que le monde est aux prises avec une pénurie continue de puces, un géant silencieux parmi les fabricants de puces s’est engagé à investir 100 milliards de dollars sur trois ans pour augmenter la production.

Taiwan Semiconductor Manufacturing Company n’est peut-être pas un nom connu, mais avec une valeur marchande de plus de 550 milliards de dollars, c’est l’une des 10 entreprises les plus précieuses au monde. Aujourd’hui, elle tire parti de ses ressources considérables pour ramener la fabrication de puces la plus avancée au monde sur le sol américain.

CNBC a eu droit à une visite exclusive de l’usine de fabrication de 12 milliards de dollars, à l’extérieur de Phoenix, en Arizona, où TSMC commencera à fabriquer des puces de 5 nanomètres en 2024. La société a annoncé qu’elle produira 20 000 plaquettes chaque mois.

« Ce sont des pièces qui vont être utilisées dans de nombreux endroits différents: processeurs, GPU, IPU, etc. Ils seront utilisés dans les smartphones », a déclaré Rick Cassidy à CNBC. Cassidy est le directeur de la stratégie de TSMC et le président-directeur général du projet de TSMC en Arizona.

TSMC fabrique des composants clés pour tout, des téléphones portables aux avions de chasse F-35 en passant par la mission Perseverance Rover de la NASA sur Mars. Plus tôt ce mois-ci, il a annoncé des plans pour une nouvelle usine au Japon, où il produira des puces avec des technologies plus anciennes, pour des choses comme les appareils ménagers et certains composants automobiles. TSMC est également le fournisseur exclusif d’Apple des puces les plus avancées à l’intérieur de chaque iPhone actuellement sur le marché et de la plupart des ordinateurs Mac.

« Mais ils restent en quelque sorte à l’arrière-plan, en termes de marchés finaux. Ainsi, Apple obtient tous les éloges lorsqu’un nouveau téléphone sort », a déclaré Joanne Itow, directrice générale de la fabrication chez Semico Research.

« Nous sommes discrets. Nous laissons nos produits parler d’eux-mêmes. Leur succès apporte toutes les affaires que nous pourrions espérer », a déclaré Cassidy.

Les États-Unis ont été le berceau du silicium avancé, mais depuis des décennies maintenant, ils perdent des parts de marché au profit de l’Asie, où 79 % de la production mondiale de puces a eu lieu en 2020, selon l’association industrielle SEMI. Il a calculé que les États-Unis étaient responsables de 12% de la fabrication mondiale de puces l’année dernière, contre 37% en 1990.

L’usine de fabrication de puces de 5 nanomètres de 12 milliards de dollars de TSMC est en construction depuis six mois dans le nord de Phoenix, en Arizona, le 28 septembre 2021.

TSMC

TSMC à lui seul était responsable de 24% de la production mondiale de semi-conducteurs en 2020, contre 21% en 2019, selon la société. En ce qui concerne les puces les plus avancées utilisées dans les derniers iPhones, supercalculateurs et IA automobile, TSMC est responsable de 92% de la production tandis que Samsung est responsable des 8% restants, selon le groupe de recherche Capital Economics.

« C’est devenu presque un monopole à la pointe, et toutes ces opérations de fabrication, pour la plupart, sont à Taïwan, Hsinchu. Cela devient une question d’importance nationale pour les États-Unis, mais pas seulement les États-Unis, mais le monde occidental », a déclaré Christopher Rolland, analyste principal des semi-conducteurs chez Susquehanna.

En plus des puces de pointe de 3 et 5 nanomètres, TSMC fabrique également des puces plus grosses pour des produits tels que les brosses à dents électriques et les cafetières. Les voitures utilisent souvent des puces moins avancées de 28 à 40 nanomètres. Tous les types de puces ont été touchés par la pénurie. Les constructeurs automobiles, dont GM et Toyota, ont suspendu la production dans certaines usines. Et Apple est susceptible de réduire ses objectifs de production 2021 pour l’iPhone 13, avec des commandes de certains modèles retardées de plus d’un mois.

Première fonderie pure play au monde

Lorsque Morris Chang a proposé pour la première fois l’idée de TSMC dans les années 1980, les investisseurs étaient sceptiques. Né en Chine et éduqué à Harvard, MIT et Stanford, Chang a déménagé à Taiwan après 25 ans à Texas Instruments. Là, le gouvernement lui a demandé de créer une entreprise taïwanaise de semi-conducteurs qui deviendrait un leader mondial. Son idée : se concentrer uniquement sur la fabrication — ce qu’on appelle maintenant une fonderie pure-play.

« Quand vous vous concentrez sur une seule chose, vous faites une chose très bien », a déclaré Cassidy, qui a rejoint TSMC il y a 23 ans après ce qu’il décrit comme une réunion fascinante d’une heure avec Chang.

Chang a misé gros sur un besoin qui n’existait pas encore. Lorsqu’il a fondé TSMC en 1987, des géants tels qu’Intel et Texas Instruments étaient fiers de concevoir et de fabriquer leurs propres jetons. Un dicton légendaire dans l’industrie à l’époque était « Les vrais hommes ont des fabs. »

« Lorsque Morris est allé chercher du financement, il s’est adressé à de nombreuses entreprises nommées que vous connaissez, et elles leur ont dit: » Morris, votre idée ne décollera pas. Si vous la faites démarrer, elle ne peut pas évoluer. .' »

Mais à mesure que les puces devenaient plus complexes, leur fabrication est devenue une entreprise énorme. Les analystes disent que la construction d’une usine prend aujourd’hui au moins deux ans et 10 milliards de dollars. Il est devenu presque impossible, même pour les plus grandes sociétés de puces – Intel, Nvidia, Broadcom, Qualcomm, AMD – de tout faire et de suivre les technologies les plus avancées. Intel, par exemple, continue de concevoir et de fabriquer ses propres puces, mais il a pris du retard sur Samsung et TSMC ces dernières années et compte désormais sur TSMC pour fabriquer certaines de ses puces.

« Si vous étiez un designer intelligent, vous n’aviez pas besoin d’avoir des milliards de dollars et une fabuleuse derrière vous pour la première fois avec l’émergence de TSM », a déclaré Rolland.

Désormais, chaque étape majeure de la fabrication de puces est souvent gérée par une société distincte. Certains, comme Arm et MIPS, se concentre sur la propriété intellectuelle et l’architecture, fournissant les éléments de base pour concevoir des puces. Ensuite, il y a les sociétés d’automatisation de la conception électronique telles que Cadence et Synopsys qui écrivent le logiciel utilisé pour concevoir des puces. Une seule entreprise, ASML, fabrique les machines à lumière ultraviolette extrême de 180 millions de dollars nécessaires pour graver les conceptions dans les puces les plus avancées. Ensuite, il y a les entreprises sans usine à succès qui conçoivent les puces, telles qu’Apple, Qualcomm, Nvidia et bien d’autres.

Un rendu des conceptions de gravure de la machine à lumière ultraviolette extrême d’ASML dans les puces les plus avancées

ASML

Alors que ces entreprises sans usine décollaient, TSMC s’est retrouvée sur un volant d’inertie fabriquant de plus en plus de puces dans le monde.

« Cela a permis [TSMC] non seulement pour rattraper, mais à mon avis, dépasser Intel, pour devenir la plus grande technologie de fabrication au monde sur la planète », a déclaré Rolland, « l’une des 10 entreprises les plus valorisées en termes de capitalisation boursière dans le monde ».

TSMC a été cotée pour la première fois à la Bourse de Taïwan en 1994, et en 1997, elle est devenue la première société basée à Taïwan cotée à la Bourse de New York. Dans les années 2000, il avait rattrapé la vingtaine d’autres sociétés fabriquant les puces les plus avancées à l’époque. Comme la technologie a continué d’avancer, de plus en plus d’entreprises ont pris du retard. Aujourd’hui, il ne reste que deux fabricants capables de fabriquer les puces les plus avancées de 5 nanomètres : TSMC et Samsung.

En 2013, Apple a commencé à s’appuyer sur TSMC pour fabriquer ses puces de série A pour l’iPhone alors qu’il s’éloignait de Samsung, un concurrent direct dans les téléphones mobiles. Aujourd’hui, il y a une puce TSMC à l’intérieur de chaque iPhone sur le marché. Et Apple s’est également éloigné d’Intel, s’appuyant désormais sur TSMC pour fabriquer les puces à l’intérieur de la plupart des Mac.

En 2018, à l’âge de 86 ans, Chang a pris sa retraite en tant que président de TSMC. Son idée radicale de fonderie pure-play continue de porter ses fruits. Avec l’ouverture d’une nouvelle usine à Taïwan l’année prochaine, TSMC est en course avec Samsung pour fabriquer les premières puces 3 nanomètres au monde – avec Intel prévoit d’y arriver d’ici 2025.

Apporter 5 nanomètres aux États-Unis

À l’heure actuelle, aucune usine aux États-Unis ne peut fabriquer des puces de 5 nanomètres. Mais TSMC est en train de changer cela.

« Si vous voulez plus de capacité, vous devez construire plus d’usines. Et c’est l’une des raisons pour lesquelles nous déménageons aux États-Unis », a déclaré Cassidy. « Nos clients nous veulent aux États-Unis Le gouvernement américain nous veut ici. »

Le directeur technique de TSMC, Tony Chen, a fait visiter à CNBC le site où une usine de quatre étages de 2,3 millions de pieds carrés est en cours de construction. Chen a dirigé 17 autres projets de construction fabuleux au cours de ses 23 années chez TSMC.

« Ce projet est conçu comme une usine de 5 nanomètres. En fait, c’est une copie de l’usine que nous avons à Taiwan », a déclaré Chen.

A proximité, l’une des plus grandes grues du monde était en train d’être soulevée à sa hauteur totale de 200 pieds. La grue de 2 300 tonnes a été amenée sur le site sur 153 semi-remorques. Le superviseur du site, Jim White, a déclaré que les entrepreneurs avaient déplacé près de 4 millions de mètres cubes de terre et utilisé plus de 260 millions de gallons d’eau depuis le début de la construction en avril.

Construire une usine et fabriquer des chips prend une quantité incroyable d’eau, pas une ressource abondante au milieu du désert. La plus grande source d’eau de l’Arizona est l’eau souterraine, mais les puits profonds des grandes exploitations utilisent l’eau plus rapidement qu’elle ne se renouvelle naturellement. Chen a déclaré que TSMC avait besoin d’environ 4,7 millions de gallons d’eau chaque jour pour soutenir la production.

TSMC n’est pas étranger aux pénuries d’eau. Taïwan fait face à sa pire sécheresse en 56 ans, ce qui, selon TSMC, n’a pas eu d’impact sur la production. En Arizona, a déclaré TSMC, un centre de traitement de l’eau sur place recyclera jusqu’à 90 % de l’eau utilisée dans l’usine.

« Et puis finalement, cette eau sera réinjectée dans l’aquifère en partenariat avec la ville de Phoenix après que l’osmose inverse et d’autres solutions technologiques auront été fournies », a déclaré Chris Camacho, président et chef de la direction du Greater Phoenix Economic Council. Il a aidé à négocier l’accord qui a amené le projet en Arizona.

Un autre défi est que la plupart des spécialistes du 5 nanomètres sont basés en Asie. Pour résoudre ce problème, la responsable des relations académiques de TSMC, Roxanna Vega, a déclaré que la société faisait venir certains de ses meilleurs experts de Taïwan.

« Ils sont considérés comme des experts en la matière sur ce qu’ils font dans nos usines là-bas », a déclaré Vega. « Ce sera une affectation temporaire… deux, peut-être trois ans. »

TSMC a déclaré avoir déjà envoyé plus de 250 nouvelles recrues américaines à Taïwan pendant 12 à 18 mois pour se mettre à niveau.

« L’opportunité de se former dans notre gigafab de 5 nanomètres à Taïwan est en quelque sorte de leur donner un aperçu de l’ampleur et de l’état de l’art des outils, des machines et de tout ce qui sera ici en Arizona », a déclaré Vega.

La diversification est une raison clé pour TSMC d’apporter la fabrication de pointe aux États-Unis

« Taïwan n’est pas très bon en matière de conception de semi-conducteurs analogiques, et en déménageant aux États-Unis, vous pourriez exploiter un nombre beaucoup plus important de concepteurs analogiques », a déclaré Rolland.

Des employés de TSMC marchent dans un couloir d’une usine de fabrication de puces à Taïwan

TSMC

La plupart des 12 usines de TSMC se trouvent à Taïwan et en Chine, laissant le monde vulnérable aux ralentissements potentiels dus aux catastrophes naturelles, y compris la sécheresse actuelle ou aux tensions géopolitiques de la région. Certains experts, cependant, qualifient TSMC de « bouclier de silicium » de Taïwan dans ses relations difficiles avec la Chine.

« Les médias brossent un tableau très sombre de cette situation », a déclaré Rolland, « mais je suis en fait beaucoup plus optimiste – en partie à cause de cette idée [of] le bouclier des semi-conducteurs, en raison de cette relation mutuellement bénéfique entre le continent et Taïwan lui-même. La Chine en a actuellement besoin pour sa fabrication de pointe. »

Les États-Unis dépendent également fortement des puces en provenance de Taïwan – une des principales raisons pour lesquelles le gouvernement a travaillé dur pour convaincre TSMC d’apporter sa technologie ici.

« L’Arizona a un certain nombre de programmes, y compris le Crédit d’impôt pour installation admissible et le Crédit d’impôt Emploi Qualité, c’est vraiment une incitation pour aider à réduire les coûts d’exploitation », a déclaré Camacho. « En plus de cela, la ville de Phoenix a mis en place un ensemble d’infrastructures de 200 millions de dollars qui aide TSMC à accéder à l’eau et aux infrastructures supplémentaires nécessaires. »

L’administration Biden a proposé 52 milliards de dollars de subventions pour que les sociétés de puces telles que TSMC les fabriquent sur le sol américain.

Estimation des rapports de l’industrie un investissement de 50 milliards de dollars du gouvernement américain permettrait la construction de 19 usines aux États-Unis au cours des 10 prochaines années, doublant ainsi la capacité nationale de fabrication de puces.

Alors que la pénurie se poursuit, des investissements similaires se produisent dans le monde entier. L’association industrielle SEMI prévoit que 72 nouvelles usines ou expansions majeures seront mises en service d’ici 2024, dont 10 situées en Amérique du Nord et du Sud.

« J’ai entendu plus d’annonces d’investissements au cours des deux ou trois dernières années que dans toute ma vie », a déclaré le président et chef de la direction de SEMI, Ajit Manocha. « Et sur cette base, nous pensons que d’ici la fin de l’année prochaine, nous devrions commencer à voir un certain soulagement de la pénurie de puces. »

D’ici là, alors que la demande continue de monter en flèche, TSMC augmente les prix des puces jusqu’à 20%, selon un rapport par le Wall Street Journal. Le coût pourrait se répercuter sur les consommateurs dans le prix de l’électronique. TSMC continue également d’augmenter sa capacité de production, y compris aux États-Unis, où le site de 1 100 acres en Arizona a certainement de la place pour une deuxième phase.

Regardez la vidéo pour voir la visite exclusive du site de TSMC en Arizona et à l’intérieur des usines massives du géant des puces à Taïwan.

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