Les plus grandes sociétés mondiales de semi-conducteurs se battent pour fabriquer des puces de processeur dites « de 2 nanomètres » qui alimenteront la prochaine génération de smartphones, de centres de données et d’intelligence artificielle.
Taiwan Semiconductor Manufacturing Company reste le favori des analystes pour maintenir sa suprématie mondiale dans le secteur, mais Samsung Electronics et Intel ont identifié le prochain bond en avant du secteur comme une opportunité de réduire l’écart.
Depuis des décennies, les fabricants de puces cherchent à fabriquer des produits toujours plus compacts. Plus les transistors d’une puce sont petits, plus la consommation d’énergie est faible et plus leur vitesse est élevée. Aujourd’hui, des termes tels que « 2 nanomètres » et « 3 nanomètres » sont largement utilisés pour désigner chaque nouvelle génération de puces, plutôt que pour désigner les dimensions physiques réelles d’un semi-conducteur.
Toute entreprise qui ouvre une avance technologique dans la prochaine génération de semi-conducteurs avancés sera bien placée pour dominer une industrie qui a généré bien plus de 500 milliards de dollars de ventes mondiales de puces l’année dernière. Ce chiffre devrait encore croître en raison d’une augmentation de la demande pour les puces des centres de données qui alimentent les services d’IA générative.
TSMC, qui domine le marché mondial des processeurs, a déjà montré les résultats des tests de processus pour ses prototypes « N2 » – ou 2 nanomètres – à certains de ses plus gros clients, dont Apple et Nvidia, selon deux personnes ayant une connaissance directe des discussions. .
Mais deux personnes proches de Samsung ont déclaré que le fabricant de puces coréen proposait des versions à prix réduit de ses derniers prototypes de 2 nanomètres dans le but d’attirer l’intérêt de clients de renom, dont Nvidia.
« Samsung considère que les 2 nanomètres changeront la donne », a déclaré James Lim, analyste du fonds spéculatif américain Dalton Investments. « Mais les gens doutent encore qu’il puisse mieux exécuter la migration que TSMC. »
L’ancien leader du marché, Intel, a également fait des déclarations audacieuses quant à la production de sa prochaine génération de puces d’ici la fin de l’année prochaine. Cela pourrait lui redonner de l’avance sur ses concurrents asiatiques, même si des doutes subsistent quant aux performances des produits de l’entreprise américaine.
TSMC, qui a annoncé que la production de masse de puces N2 débuterait en 2025, lance généralement la version mobile en premier, avec Apple comme client principal. Des versions pour PC puis des puces de calcul hautes performances conçues pour des charges de puissance plus élevées viendront plus tard.
Les derniers smartphones phares d’Apple, l’iPhone 15 Pro et Pro Max, ont été les premiers appareils grand public grand public à déployer la nouvelle technologie de puce de 3 nanomètres de TSMC lors de leur introduction en septembre de cette année.
Les défis liés au passage d’une génération, ou « nœud », de technologie de processus à la suivante s’intensifient à mesure que les puces deviennent de plus en plus petites, augmentant ainsi la possibilité d’un faux pas qui pourrait faire glisser la couronne de TSMC.
TSMC a déclaré au Financial Times que le développement de sa technologie N2 « progresse bien et est en bonne voie pour une production en volume en 2025, et sera la technologie de semi-conducteurs la plus avancée du secteur en termes de densité et d’efficacité énergétique lorsqu’elle sera introduite ».
Mais Lucy Chen, vice-présidente d’Isaiah Research, a noté que le coût du passage au nœud suivant augmentait, tandis que les améliorations des performances avaient plafonné. « [Moving to the next generation] n’est plus aussi attrayant pour les clients », a déclaré Chen.
Les experts soulignent que la production de masse est encore dans deux ans et que les problèmes initiaux font naturellement partie du processus de production de puces.
Les initiés de Samsung, qui, selon le cabinet de conseil TrendForce, détient 25 % du marché mondial des fonderies avancées, contre 66 % pour TSMC, voient une opportunité de réduire l’écart.
Le conglomérat coréen a été le premier à lancer la production en série de ses puces 3 nm, ou « SF3 », l’année dernière, et le premier à passer à une nouvelle architecture de transistor connue sous le nom de « Gate-All-Around » (GAA).
Selon deux personnes proches du dossier, le concepteur américain de puces Qualcomm envisage d’utiliser la puce « SF2 » de Samsung dans ses processeurs haut de gamme pour smartphones de nouvelle génération. Cela marquerait un revers de fortune après que Qualcomm ait transféré la plupart de ses puces mobiles phares du processus 4 nanomètres de Samsung vers l’équivalent de TSMC.
« Nous sommes bien équipés pour nous préparer à la production de masse de SF2 d’ici 2025 », a déclaré Samsung. « Puisque nous avons été les premiers à franchir le pas et à passer à l’architecture GAA, nous espérons que la progression de SF3 à SF2 sera relativement fluide. »
Les analystes préviennent que même si Samsung a été le premier à commercialiser ses puces 3 nm, il a eu du mal avec son « taux de rendement » – la proportion de puces produites qui sont jugées expédiables aux clients.
L’entreprise coréenne insiste sur le fait que ses taux de rendement à 3 nanomètres se sont améliorés. Mais selon deux personnes proches de Samsung, le taux de rendement de sa puce 3 nm la plus simple n’est que de 60 %, bien en deçà des attentes des clients et susceptible de baisser encore lors de la production de puces plus complexes équivalentes à l’A17 Pro d’Apple ou aux unités de traitement graphique de Nvidia.
« Samsung essaie de faire des progrès considérables », a déclaré Dylan Patel, analyste en chef du cabinet de recherche SemiAnalysis. « Ils peuvent revendiquer tout ce qu’ils veulent, mais ils n’ont toujours pas publié de véritable puce de 3 nanomètres. »
Lee Jong-hwan, professeur d’ingénierie des systèmes semi-conducteurs à l’Université Sangmyung de Séoul, a ajouté que Samsung souffrait également du fait que ses divisions de conception de smartphones et de puces étaient de féroces concurrents des clients potentiels pour les puces logiques produites dans sa division de fonderie.
« La structure de Samsung inquiète de nombreux clients potentiels quant à d’éventuelles fuites technologiques ou de conception », a déclaré Lee.
Pendant ce temps, l’ancien leader du marché, Intel, fait la promotion de sa nouvelle génération de nœuds « 18A » lors de conférences technologiques et propose une production de tests gratuite aux entreprises de conception de puces. La société américaine affirme qu’elle devrait commencer la production de 18A fin 2024, ce qui pourrait en faire le premier fabricant de puces à migrer vers la prochaine génération.
Mais CC Wei, directeur général de TSMC, semble imperturbable. Il a déclaré en octobre que, selon l’évaluation interne de la société taïwanaise, sa dernière variante de 3 nanomètres, déjà sur le marché, est comparable au 18A d’Intel en termes de puissance, de performances et de densité.
Samsung et Intel espèrent également bénéficier de clients potentiels cherchant à réduire leur dépendance à l’égard de TSMC, que ce soit pour des raisons commerciales ou par crainte d’une potentielle menace chinoise pour Taiwan. En juillet, le directeur général du fabricant américain de puces AMD a déclaré qu’il « envisagerait d’autres capacités de fabrication » en plus de celles proposées par TSMC, dans le cadre d’une plus grande « flexibilité ».
Leslie Wu, directeur général du cabinet de conseil RHCC, a déclaré que les principaux clients qui ont besoin d’une technologie au niveau de 2 nanomètres cherchent à répartir leur production de puces dans plusieurs fonderies. « C’est trop risqué de compter uniquement sur TSMC. »
Mais Mark Li, analyste des semi-conducteurs en Asie chez Bernstein, s’est demandé « à quel point cela était significatif [geopolitical] La comparaison de ce facteur avec des facteurs tels que l’efficacité et le calendrier est sujette à débat. TSMC reste supérieur en termes de coût, d’efficacité et de confiance.