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Soitec, l'atout français

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Après une décennie de marasme, l’entreprise relève la tête. Son renouveau fait figurer la technologie française de puces en bonne place sur le marché mondial.

Soitec, l'atout français
Traitement de plaquettes de silicium dans l’usine Soitec de Bernin (Isère).

Les deux montres connectées, commercialisées l’une par Huami en Chine, l’autre par Casio au Japon, renferment une innovation essentielle. Elles embarquent un circuit GPS de Sony gravé sur plaque FD-SOI (pour « fully depleted silicium on insulator »), un substrat de silicium sur isolant qui leur confère une autonomie jusqu’à dix fois supérieure par rapport au substrat traditionnel de silicium massif. Elles constituent la première application visible par le grand public de cette technologie de puces née dans la Silicon Valley française de Grenoble (Isère). D’autres circuits intégrés l’exploitent aussi : des processeurs d’application de NXP pour l’automobile ou les objets connectés, le processeur de vision EyeQ4 de Mobileye pour l’assistance à la conduite automobile, une puce de STMicroelectronics pour des récepteurs satellites interactifs d’Eutelsat, ou encore les cerveaux de certains équipements de réseau de Cisco et Ciena.

Derrière cette révolution se cache Soitec, une ETI française de 1 000 personnes, dont 950 en France. Fondée en 1992 à Bernin, près de Grenoble (Isère), par essaimage du Leti, le laboratoire d’électronique et de technologies de l’information du CEA, elle fait figure de champion mondial de la microélectronique. Sa spécialité : la fourniture de plaques de silicium sur isolant (SOI, pour « silicon on insulator ») pour la construction de puces électroniques. Avec la promesse de réduire de 40 % la consommation d’énergie tout en améliorant la robustesse des circuits aux radiations, gage de fiabilité dans l’automobile, le spatial et la défense. L’opportunité s’annonce particulièrement alléchante. Selon le cabinet Markets and Markets, le marché mondial du SOI devrait plus que quadrupler pour atteindre 1,86 milliard de dollars en 2022. Certes, Soitec le partage avec une multitude de concurrents. Mais le français se distingue par sa maîtrise du SOI avancé grâce à son procédé de fabrication SmartCut, inventé au Leti. Sur ce créneau, qui représente environ 80 % du marché total, il règne en maître avec une part de 62 %, selon Markets and Markets, et 100 % si l’on compte ses trois licenciés, le japonais Shin-Etsu Handotai, le taïwanais GlobalWafers et le chinois Shanghai Simgui Technology !

Une production stratégique pour l’Europe

Un leadership qui ne l’a pas empêché de connaître une longue période de difficultés. En cause, la désertion de son plus gros client historique, l’américain AMD, et le recul de son marché chez IBM. Sans compter le fait d’avoir été boudé par Intel, le numéro un mondial des semi-conducteurs et référence technologique absolue du secteur. Après une décennie de pertes, Soitec relève la tête, avec un résultat positif sur le dernier exercice fiscal clos en mars. « Nous ouvrons un nouveau chapitre, celui de la profitabilité, une situation que nous quitterons plus jamais », promet son directeur général, Paul Boudre. « Ce redressement résulte principalement de la sortie du solaire et de l’éclairage, qui constituaient un grand foyer de pertes, affirme Dorian Terral, analyste financier chez Bryan, Garnier & Co. Il traduit aussi un frémissement de l’activité des plaques FD-SOI. Tout indique que son décollage est imminent. »

Derrière ce rebond se joue l’avenir de la technologie FD-SOI dont Soitec est le porte-drapeau mondial. Développée dans l’écosystème de Grenoble, avec notamment le Leti et STMicroelectronics, le FD-SOI se présente comme un concurrent français à la technologie américaine FinFET dans la course de la loi de Moore [lire ci-dessus]. Avec des enjeux économiques et stratégiques considérables pour la France et l’Europe. « Sur le plan économique, fabriquer des puces FD-SOI en Europe assure la base numérique pour développer toutes sortes d’équipements et inventer de nouvelles fonctions, explique Marie-Noëlle Semeria, la directrice du Leti. Ne pas maîtriser cette base limite l’innovation au logiciel. C’est un enjeu réel dans de nouveaux marchés axés sur les services de données et où l’on aura besoin d’une interaction intime entre puce et logiciel. »

Sur le plan stratégique, la guerre des puces fait craindre des risques de restriction d’accès aux composants clés. De Washington à Tokyo, en passant par Taipei, Séoul ou Berlin, les positions se crispent. Les États-Unis ne se contentent pas de s’opposer aux acquisitions chinoises dans les puces. Au motif de sécurité nationale, ils n’hésitent pas à s’attaquer à des alliés. En témoigne leur veto au rachat de l’américain Wolfspeed par l’allemand Infineon. « On assiste à un repli américain qui fait peser une menace sur la liberté d’approvisionnement, constate la directrice du Leti. Avoir une source européenne de puces est important. Ça l’est encore plus dans des domaines sensibles, comme la défense et l’aéronautique, où il est indispensable de savoir ce qu’il y a à l’intérieur de la puce. Si elle est produite en Europe, on le sait exactement. Mais si elle vient d’ailleurs, on est confronté au risque qu’elle cache des portes dérobées destinées à espionner le circuit. Il y a un vrai besoin de contrôle de la filière. » C’est pourquoi le Commissariat à l’énergie atomique (CEA), les États français et allemand et la Commission européenne soutiennent la filière FD-SOI. « Au cours des dix dernières années, l’effort du Leti consacré à ce développement a atteint environ 100 millions d’euros, confie Marie-Noëlle Semeria. Le CEA n’a jamais autant soutenu une entreprise, entrant dans le capital de Soitec et lui accordant des facilités financières pour l’aider dans les périodes difficiles. »

Une demande tirée par l’internet des objets

La technologie FD-SOI a perdu la bataille des puces haut de gamme, ce qui a conduit Soitec à revoir son positionnement. Fini la concurrence frontale avec le FinFET. L’heure est à la complémentarité. « À la technologie FinFET les applications réclamant des performances à tout prix, comme les PC, les serveurs et les mobiles haut de gamme, concède Paul Boudre. À la technologie FD-SOI les applications présentant des exigences de performances, mais aussi de coût, de consommation ou de fiabilité, comme l’automobile, les objets connectés et les smartphones d’entrée et moyenne gamme. »

Son salut lui viendra en premier lieu de l’internet des objets. « Ce marché émergent couvre un large spectre d’applications exigeant toutes un bon compromis entre performances, consommation et coût. C’est un atout pour la technologie FD-SOI », remarque Marie-Noëlle Semeria. Le projet du géant taïwanais MediaTek, adepte jusqu’ici du FinFET, de décliner ses puces mobiles pour l’internet des objets en FD-SOI s’inscrit dans ce sens.

La Chine est le second marché d’avenir du FD-SOI. Dans sa course à l’autosuffisance dans les circuits intégrés électroniques, l’empire du Milieu y voit une solution adaptée à l’un de ses besoins. « Cette technologie correspond au ­positionnement des Chinois sur les marchés d’entrée et de moyenne gamme et à leur stratégie de proposer des produits toujours moins chers que ceux de leurs concurrents », explique Dorian ­Terral. C’est pour s’ouvrir ce marché que Soitec a fait rentrer en 2016 le fonds d’investissement chinois NSIG dans son capital à hauteur de 14,5 %. « NSIG devient l’ambassadeur de notre technologie en Chine, se félicite Paul Boudre. Il fait un gros travail de lobbying pour inciter fondeurs et concepteurs chinois de puces à l’adopter. » Un effort qui commence à porter ses fruits avec des circuits en FD-SOI en phase de qualification chez Veri­Silicon et chez ­Shanghai Fudan Microelectronics et avec le projet du fondeur Shanghai Huali Microelectronics de proposer des services de fabrication de puces sur plaques FD-SOI à partir de 2019.

Évolution vers un marché de masse

Pour retrouver la santé, Soitec a mis l’accent sur la maîtrise des coûts, l’optimisation industrielle et l’amélioration des rendements de production. « Nous avons également changé notre modèle, précise Paul Boudre. Pour favoriser l’adoption de notre technologie, nous ne nous contentons plus de travailler avec les clients à qui nous fournissons nos plaques. Nous discutons aussi avec les clients de nos clients, les concepteurs de puces. Ce sont eux qui décident de la technologie à adopter. Nous collaborons également avec des utilisateurs de puces comme les constructeurs automobiles ou de mobiles. »

La technologie FD-SOI a été ralentie dans son essor par l’isolement de STMicroelectronics, longtemps son seul adepte. Tout a changé avec l’engagement de Samsung en 2014 et de GlobalFoundries en 2015 pour la mettre à la portée de tous à travers leurs services de fonderie (fabrication de puces en sous-traitance). « Cela a ouvert la perspective d’un marché de masse et incité éditeurs de logiciels de CAO et fournisseurs de propriété intellectuelle à développer l’environnement qui facilite la conception de circuits, explique Marie-Noëlle Semeria. Cet écosystème, indispensable au succès de la technologie, manquait au départ. Il est aujourd’hui là. »

L’autre frein levé concerne l’évolution de la finesse de gravure. Au procédé de 28 nanomètres disponible au départ chez STMicroelectronics et Samsung s’est ajouté celui de 22 nanomètres chez GlobalFoundries. Et une miniaturisation à 18 nanomètres chez Samsung et 12 nanomètres chez GlobalFoundries est prévue à l’horizon 2019. « Cette feuille de route est importante pour l’adoption du FD-SOI, affirme Dorian Terral. Elle rassure les concepteurs de puces. Ils savent qu’ils n’auront pas à changer de technologie s’ils veulent passer à une gravure plus fine. »

L’optimisme est tel que Soitec pense relancer ses investissements industriels à Bernin et réactiver son usine à Singapour, construite en 2008 mais jamais mise en service. La société anticipe un bond de 25 % de son chiffre d’affaires sur l’exercice fiscal 2017-2018. Dorian Terral la voit franchir le cap de 1 milliard d’euros de chiffre d’affaires entre 2023 et 2026. Sa capitalisation boursière a été multipliée par dix par rapport à sa valeur à la veille du lancement de l’augmentation de capital de 152 millions d’euros en mai 2016. Le vent tourne en faveur de Soitec et de la technologie FD-SOI.

 

L’alternative dans la course de la loi de Moore

La technologie française FD-SOI  (fully depleted silicon on insulator, ou silicium sur isolant complètement déplété)

  • Développée dans l’écosystème électronique de Grenoble, notamment par le Leti, STMicroelectronics et Soitec. Elle consiste à changer de matériau en construisant la puce sur un substrat de silicium prenant en sandwich une fine couche d’isolant.
  • Avantages Faible surcoût de production, basse consommation de courant et capacité à combiner différentes fonctions sur la même puce.
  • Inconvénient Substrat quatre à cinq fois plus cher que le substrat classique de silicium massif.

La technologie américaine FinFET (fin field-effect transistor ou transistor à effet de champ et à grilles multiples)

  • Imaginée à l’université de Californie à Berkeley et industrialisée en premier par Intel. Elle consiste à changer la conception du transistor en adoptant une structure 3D.
  • Avantages Technologie de rupture avec performances élevées en traitement et fort potentiel d’évolution de la loi de Moore.
  • Inconvénients Très complexe et très difficile à maîtriser en production.

 

 

Naissance d'une technologie de puces haxagonale

  • 1991 : Le Leti dépose le brevet sur le procédé SmartCut de fabrication de plaques de silicium sur isolant pour la construction de puces à hautes performances.
  • 1992 : Création de Soitec par deux chercheurs du Leti pour industrialiser ce procédé. La société compte alors quatre personnes.
  • 1997 : Démarrage de la production de volume dans une usine à Bernin (Isère), près de Grenoble, de plaques de silicium sur isolant de 200 mm de diamètre.
  • 2002 : Mise en service d’une deuxième usine à Bernin dédiée à la production de plaques de silicium sur isolant de 300 mm de diamètre.
  • 2008 : Développement de la technologie FD-SOI par le Leti, IBM, STMicroelectronics et Soitec pour poursuivre la course de la loi de Moore. Soitec compte alors plus de 1 000 salariés.
  • 2013 : STMicroelectronics présente la première puce construite en FD-SOI destinée à servir de moteur aux smartphones.
  • 2016 : Le chinois Huami commercialise une montre sportive équipée d’un GPS réalisé en FD-SOI. C’est la première application grand public de cette technologie.

 

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