L’état de l’industrie chinoise des semi-conducteurs

L’auteur de Diplomat, Mercy Kuo, engage régulièrement des experts en la matière, des praticiens politiques et des penseurs stratégiques du monde entier pour leurs diverses perspectives sur la politique asiatique des États-Unis. Cette conversation avec le Dr Douglas Fuller, professeur agrégé au Département d’économie, de gouvernement et d’affaires de la Copenhagen Business School au Danemark, est le 385ème en «La série Trans-Pacific View Insight».

Expliquez les implications de la puce de 7 nanomètres (nm) du dernier smartphone 5G de Huawei.

Nous savions déjà que la branche de conception Hisilicon de Huawei était très capable de concevoir des puces avancées, notamment pour les smartphones. La principale question est de savoir où Huawei serait en mesure de fabriquer de telles puces depuis que les règles spécifiques sur la désignation de la liste d’entités de Huawei sont entrées en vigueur fin 2020. Les dispositions de la liste d’entités pour Huawei interdisent de servir Huawei sans licence tout en utilisant des équipements américains. SMIC (Semiconductor Manufacturing International Corporation, la société chinoise qui a fabriqué la puce 7 nm pour Huawei) utilisera très probablement des équipements américains sans une telle licence, et violera donc probablement les contrôles américains à l’exportation.

Même le logiciel d’automatisation de la conception électronique (EDA) utilisé par Huawei – le logiciel utilisé pour concevoir des puces – est très susceptible d’inclure des outils EDA américains, même s’il est reconnu depuis longtemps que ce logiciel était le maillon faible des contrôles à l’exportation en raison du potentiel de piratage et de piratage. le piratage.

Analyser si les efforts américains visant à restreindre les investissements et les exportations de puces avancées vers la Chine ont accéléré le développement indigène de l’autosuffisance en semi-conducteurs du pays.

L’une des principales préoccupations était que les contrôles américains sur les exportations pourraient accélérer les intrants clés que le gouvernement américain tente d’utiliser comme points d’étranglement : les outils et les biens d’équipement EDA.

Du côté de l’EDA, il y a des concurrents chinois émergents. Cependant, elles ont peu de présence sur le marché en dehors de la Chine et il existe des contraintes structurelles qui les empêchent de devenir des concurrents des trois grands (Cadence, Synopsys et Siemens/Mentor Graphics). La principale contrainte est que lorsque les fonderies déploient leurs processus de pointe, elles travaillent avec les Trois Grands pour garantir la fluidité de l’interface entre la conception et la fabrication. Cette interaction donne aux fournisseurs d’outils EDA un avantage concurrentiel. Il est peu probable que les fonderies fassent appel à d’autres fournisseurs d’EDA pour travailler sur cette interface clé si ces fournisseurs ne sont pas déjà de grands fournisseurs internationaux proposant des logiciels de flux de conception complets fonctionnant à proximité de la frontière technologique internationale. Les fournisseurs chinois d’EDA ne répondent pas à ces critères.

En ce qui concerne les biens d’équipement, les fournisseurs chinois ont progressé dans le domaine des équipements d’assemblage et de test, même si ces équipements n’étaient pas au centre des goulots d’étranglement. L’objectif principal était la fabrication de biens d’équipement. Ici, les progrès ont été beaucoup plus limités, en particulier dans les nœuds de fabrication avancés.

Les quatre types d’équipements les plus importants pour la fabrication sont : les équipements de lithographie, de dépôt, de gravure et de contrôle des processus (inspection et métrologie).

Équipement de lithographie (équipement qui utilise faisceaux lumineux et directs pour modeler les circuits sur les plaquettes) est dominé par ASML des Pays-Bas avec quelques concurrents japonais mineurs. La Chine ne peut déjà pas acheter l’équipement le plus avancé, l’équipement de lithographie dans l’ultraviolet extrême (EUV), et à partir de septembre 2023, elle ne peut pas acheter le deuxième équipement le plus avancé d’ASML, l’équipement dans l’ultraviolet profond (DUV) à immersion dans le fluorure d’argon (ArFI).

La société chinoise Shanghai Micro Electronics Equipment (SMEE) n’a pas encore lancé d’équipement prêt à fabriquer, malgré des années de battage médiatique, même si l’on parle encore une fois du fait que la SMEE lancera cet automne un équipement de lithographie adapté aux processus 28 nm. Même si la SMEE réussit cet exploit, elle sera encore loin des frontières technologiques.

Dans le domaine du dépôt (ajout de fines couches de matériaux puis d’énergie pour induire une réaction chimique), au moins cinq producteurs chinois auraient entrepris une production de masse d’équipements : Piotech, NAURA, AMEC, ACMR et Wanye. NAURA et Piotech sont les principaux fournisseurs en termes de part de marché. Dans l’ensemble, les vendeurs locaux ont conquis des parts de marché, passant de 8,5 % des achats des fonderies chinoises en 2020 à 25 % au cours des dix premiers mois de 2022.

Cependant, Les producteurs chinois continuent d’augmenter principalement leur part de marché dans les processus de pointe et non critiques. Dans les applications critiques et de pointe, telles que le dépôt épitaxial avancé et le dépôt de couche atomique (ALD), les producteurs chinois n’ont pas fait beaucoup de progrès.

Les étapes de dépôt sont utilisées plus fréquemment dans les nœuds de fabrication avancés, car les largeurs de lignes de lithographie plus petites et les architectures de puces 3D nécessitent de plus grandes quantités de dépôt. Par conséquent, la demande d’équipements de dépôt a augmenté. Cette utilisation accrue des dépôts dans des processus de pointe profite en réalité aux opérateurs étrangers en place sur le marché mondial, car la majeure partie de la capacité de traitement de pointe se trouve à l’étranger grâce aux contrôles à l’exportation, et il est peu probable que les producteurs étrangers s’engagent à utiliser des équipements chinois pour des tâches critiques. pour des raisons à la fois commerciales et géopolitiques.

Gravure (élimination sélective des matériaux déposés sur la plaquette) est dominé par LAM Research (une société américaine), suivi par le japonais Tokyo Electron et l’américain Applied Materials, et les tendances technologiques jouent dans leur domination. À mesure que la frontière technologique pour les nœuds de fabrication est passée de 14/16 nm à 5 nm en logique et de 64L (L signifie couches) à 192L en NAND, le marché des équipements de gravure a doublé. Ainsi, les opérateurs historiques ayant des clients de pointe établis bénéficient d’un avantage similaire à celui observé dans le domaine des dépôts.

Les entreprises chinoises ont tendance à faire mieux dans les nœuds de pointe ou même simplement matures (par exemple, 28 nm) où l’équipement de gravure est utilisé moins fréquemment et où la demande est donc plus faible. NAURA et AMEC sont toutes deux entrées sur ce marché. AMEC propose des équipements de gravure de conducteurs et diélectriques à 28 nm pour les processus non critiques et semi-critiques et des équipements non critiques à 5 nm. NAURA propose uniquement des équipements non critiques et semi-critiques à 28 nm pour la gravure des conducteurs.

Les équipements de contrôle de processus sont presque tous des équipements critiques car ils ont un impact direct sur les taux de rendement de fabrication. Ainsi, les acheteurs de tels équipements sont très prudents lorsqu’il s’agit d’essayer des nouveaux venus non éprouvés. Ce domaine est également l’un des domaines où les barrières techniques à l’entrée sont parmi les plus élevées. Et il existe un nouvel avantage dans ce secteur, car l’analyse des données utilisant les données collectées à partir des machines d’exploitation existantes est devenue de plus en plus importante pour les progrès dans ce segment d’équipement.

Compte tenu de ces facteurs, il n’est pas surprenant que, comme pour la lithographie, les fournisseurs chinois aient fait très peu de progrès au-delà de ces tâches simples où les barrières ne sont pas élevées – par exemple, l’inspection des tranches avant le processus de fabrication.

Compte tenu du manque de progrès au niveau des nœuds avancés, il n’est pas surprenant que l’usine de fabrication avancée du SMIC regorge d’équipements américains souvent obtenus de manière légalement douteuse, ainsi que d’équipements avancés néerlandais DUV et japonais obtenus avant le début des contrôles à l’exportation de leurs gouvernements respectifs.

Identifiez les principales forces et faiblesses de la compétition sino-américaine pour la suprématie du silicium.

Les principaux atouts de la Chine résident dans la forte demande de puces sur son marché, dans le grand nombre d’ingénieurs formés à la conception de puces et à la technologie des processus logiques, ainsi que dans le soutien du gouvernement. Les faiblesses industrielles de la Chine concernent les principaux intrants, l’EDA et surtout les biens d’équipement. Le soutien du gouvernement est également une arme à double tranchant dans la mesure où il a encouragé une intervention gouvernementale excessive dans la gestion des entreprises et une allocation du capital basée sur des paramètres autres que la performance.

Les États-Unis disposent d’un large éventail d’entreprises dans le domaine de la conception de puces (par exemple, Nvidia), de la fabrication (par exemple, Intel) et des intrants clés. Cependant, plus de deux décennies de négligence relative du gouvernement par rapport aux politiques proactives de la Chine, de la Corée du Sud et de Taiwan ont conduit à l’atrophie de certaines des capacités profondes de l’Amérique. De plus, cette négligence explique en partie pourquoi les puces ne sont pas considérées comme une industrie en croissance par les jeunes, alors que de plus en plus de jeunes ayant un esprit technique se tournent vers les logiciels. La loi CHIPS est le premier pas pour remédier à cette négligence politique.

Les États-Unis doivent aborder la question du financement de l’innovation dans l’industrie des puces au-delà du délai de cinq ans prévu par la loi CHIPS. Le capital-risque américain n’est pas intéressé en raison des coûts initiaux élevés et de la faible probabilité de rendement de la loi de l’énergie. L’Amérique ne dispose pas d’une quantité prodigieuse de capitaux patients comme la Corée du Sud ou, bien que de manière beaucoup plus inefficace, la Chine.

Quel est l’impact du malaise économique actuel de la Chine sur les progrès du pays dans le développement des semi-conducteurs ?

Le gouvernement chinois a déjà constaté une moindre participation des gouvernements régionaux/locaux à la troisième tranche du Grand Fonds lancée cette année. Ce manque d’enthousiasme suggère que la dette des gouvernements locaux commence à affecter un domaine d’un grand intérêt stratégique pour l’État chinois, qui semblait à l’abri de toute austérité gouvernementale à court et moyen terme. Je continue de penser que le gouvernement central trouvera les moyens de financer intégralement les sommes relativement modestes nécessaires à la troisième tranche allégée du Grand Fonds, mais à plus long terme, l’État chinois sera confronté à des choix de plus en plus difficiles entre financer de manière extravagante les politiques industrielles et d’autres moyens. missions essentielles de la Chine, telles que les postes budgétaires importants comme la sécurité intérieure et l’armée.

Évaluez l’impact de la concurrence sino-américaine en matière de puces sur les chaînes d’approvisionnement mondiales et la part de marché.

Les révélations découlant de la fabrication par SMIC de la puce Huawei Mate 60 Pro montrent que les États-Unis ont obtenu des licences de manière très souple en ce qui concerne le SMIC. Dans son récent témoignage devant le Congrès, la secrétaire américaine au Commerce, Gina Raimondo, a déclaré que son ministère comblerait toutes les lacunes découvertes. Si de telles mesures sont prises et qu’aucune autre technologie DUV avancée n’est envoyée à la Chine, la capacité de la Chine à augmenter la capacité des nœuds avancés sera limitée. La Chine pourrait être confrontée à un effet Galapagos dans lequel les fournisseurs d’équipements chinois pourraient approvisionner les usines chinoises en pleine maturité tandis que le marché international progresse avec des fournisseurs non chinois fermement implantés.

La Chine espère se développer rapidement dans les nœuds matures, tels que le 28 nm, car de nombreux domaines de demande émergents, tels que les puces pour véhicules électriques, se trouvent sur ces nœuds. Malheureusement pour la Chine, l’Europe et le Japon semblent très réticents à céder leurs industries automobiles à la Chine et les États-Unis appliquent déjà des droits de douane. Au-delà de l’industrie automobile, la volonté des grands marchés étrangers d’accepter un flot de puces chinoises sur des nœuds matures est également assez limitée compte tenu de l’évolution des attitudes géopolitiques.