[Avis d'expert] Le prix des puces va-t-il continuer à augmenter ?

Ancien de Texas Instruments et auteur d' "À l’époque où les puces font leurs lois", François Francis Bus se penche sur l’augmentation du prix des puces et sur les possibilités de réduction des coûts de production.

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[Avis d'expert] Le prix des puces va-t-il continuer à augmenter ?
L'envolée du prix des puces est-elle inéluctable ?

A lire ce qui s’écrit sur l’importance des investissements annoncés pour pallier à la pénurie des puces et la volonté de relocaliser les fabrications aux USA et en Europe, la poursuite de l’augmentation des prix semble un risque possible.

En ce moment il est beaucoup question d’augmentation de capacité de production. Pratiquement pas de réduction des coûts de fabrication mais au contraire d’augmentation des prix de vente, ce qui n’est pas dans la culture des semi-conducteurs.

Rappelons que la première loi de Moore était : la complexité des composants semi-conducteurs double tous les ans à coût constant. Il avait donc été admis que s’il est possible de fabriquer une puce deux fois plus complexe au même prix qu'une puce de génération précédente, cette dernière est donc dévalorisée et son prix doit donc être inférieur au prix de la nouvelle puce d'où la nécessité de réduire en permanence les coûts de revient des produits existants. Le coût de revient considéré étant le coût de revient global y compris les frais hors production.

L'industrie des semi-conducteurs, laboratoire de réduction des coûts

A l’époque et cela continuera par la suite, le secteur des semi-conducteurs devient un laboratoire de réduction des coûts. Texas Instruments (TI) se lance dans la mise en place d'un programme appelé "Price leadership" qui prône que TI doit être à l’avant-garde en termes de baisse des prix de vente, parce qu'à l’avant-garde en ce qui concerne les baisses de coûts de revient, puisqu’il n’est pas question de vendre à perte, ni de réduire la marge sur chaque produit. Un des artisans de ce programme est Morris Chang, qui 20 ans plus tard créera TSMC à Taiwan. Ce programme englobe tous les programmes de réduction des coûts utilisant des méthodes existantes dont celles développées en interne par TI dont :

- La conception à coût objectif, méthode diffusée par Fred Bucy vice-président de TI nommé président de la commission en charge de réduire les coûts dans les commandes du ministère de la Défense américain.

- Les courbes d'expérience développées par le Boston Consulting Group, auquel j’étais chargé de faire parvenir les informations chiffrées en provenance de TI, pour voir comment évolue le coût de revient total d'un produit en fonction de l'expérience. Résultat : le taux de la courbe d’expérience pour les semi-conducteurs est de 76 %. «Quand, dans un atelier la quantité produite cumulée de circuits intégrés double, le coût de revient n’est plus que de 76 % du coût de revient lorsque la quantité produite cumulée était de moitié».

- Le budget base zéro, méthode où par opposition aux méthodes classiques de prévision dont le principe est l'incrémentation des budgets passés, c’est une justification à nouveau de toutes les dépenses en partant de zéro.

- La maladie des travaux en cours développée chez TI avant le juste à temps.

- La certification des personnels de production permettant d’adapter les fréquences de contrôle de la production en fonction du niveau de qualité de chacun.

- Le programme d’amélioration par équipe. Les Japonais créeront quelque chose de similaire avec les "cercles de qualité".

Texas Instruments deviendra une sorte d’école de gestion spécialiste, entre autre, de la réduction des coûts.

Améliorations techniques

A côté de ces méthodes de gestion utilisées pour réduire les coûts il y a des actions plus spécifiques. En ce qui concerne les puces de silicium, cela revient à continuer à réaliser les puces sur une tranche circulaire de silicium en mécanisant les manipulations et en augmentant la taille des tranches, c'est à dire en augmentant le nombre de puces par tranche.

Ainsi en passant d'un diamètre donné à un diamètre double, le nombre de puces sur chaque tranche est multiplié par quatre. Au fil des ans, les tranches sont passées respectivement de 0,5 pouce en 1960, à un diamètre d’un pouce, puis à 1,5 pouce, puis à 2 pouces, suivi de 2,5 pouces, puis 3, 4, 6, 8 pouces, 150 mm, jusqu’à 200 mm en 1991 et 300 millimètres en 2001 approximativement 12 pouces. Une tranche de cette taille a 576 fois la surface d’une tranche de 0,5 pouce. Si la taille des puces n'avait pas été augmentée à cause de la complexité des puces (augmentation limitée par des gravures de plus en plus fines), et si les opérations de photolithographie étaient restées les mêmes, la productivité aurait été multipliée par 576. L’avantage d’un diamètre plus important est de pouvoir graver un plus grand nombre de puces sur une même tranche en une seule fois et donc de diminuer les coûts de production. Passer de 200 à 300 mm double la productivité et réduit le coût de la puce nue (avant encapsulation et test) de 40 %.

Il y a depuis plusieurs années, un projet était lancé (entre autre par ASML) pour utiliser des tranches de 450 mm de diamètre afin de développer les équipements de production. Une unité de production utilisant cette taille de tranches de silicium devrait coûter entre 7 à 10 milliards de dollars soit le double d’une usine utilisant des tranches de 300 mm. Comme il faudrait deux usines mettant en œuvre des tranches de 300 mm pour avoir la même capacité qu’une usine travaillant sur des tranches de 450 mm l’investissement ramené à la capacité de production serait le même, par contre les coûts de revient sont différents, plus faible de 20 % pour l’unité travaillant sur des tranches de 450 mm. Il ne faut néanmoins pas sous-estimer les difficultés de mise au point.

Mais toutes les unités de fabrication ne travaillent pas encore sur des tranches de 300 mm. L’Europe en compte aujourd’hui seulement quatre et sous peu cinq usines de 300 mm : celle de STMicroelectronics à Crolles en France et la future usine d’Agrate en Italie, celle d’Infinéon et celle de Global Foundries en Allemagne à Dresde et celle d’Intel en Irlande à Dublin. Toutes les autres usines européennes travaillent sur des tranches de 200 ou 150 mm d’où des gains potentiels de productivité, donc de réductions des coûts certains.

Aux USA par exemple, TI en 2020 fabriquait 50 % des puces sur des tranches de 300 mm, ce qui lui donnait déjà un avantage concurrentiel. TI a décidé d’acheter l’usine de Micron de Lehi dans l’Utah qui deviendra sa quatrième usine travaillant sur des tranches de 300 mm.

Bien évidemment, à cause des perturbations liées à la pandémie et au fait que l’organisation de la production des différents unités de production doit avoir en ce moment comme objectif d’optimiser le volume de production, ceci amène probablement des augmentations de coût, mais le potentiel de réduction des coûts existe toujours.

François Francis Bus, ancien de Texas Instruments et auteur de "À l’époque où les puces font leurs lois"

Les avis d'experts sont publiés sous l'entière responsabilité de leurs auteurs et n'engagent en rien la rédaction de L'Usine Nouvelle.

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