Les États-Unis sont le plus grand développeur de puces au monde. Mais à mesure que les semi-conducteurs deviennent plus omniprésents et importants, d’autres pays gagnent en prouesses en matière de conception de puces et en parts de marché.
Si les États-Unis veulent conserver leur position de plus grand développeur de puces au monde, le gouvernement américain devra aider à financer la R&D locale dans le domaine des semi-conducteurs, selon un rapport de la Semiconductor Industry Association et du Boston Consulting Group.
Le développement de puces coûte cher
Les entreprises américaines contrôlent environ 46 % des revenus mondiaux liés à la conception de semi-conducteurs, soit environ 2,5 fois plus que le concurrent le plus proche. Les États-Unis sont particulièrement forts avec les puces logiques, telles que les processeurs, les GPU et divers autres SoC complexes, car des sociétés comme AMD, Apple, Intel, Nvidia et Qualcomm dominent les marchés des processeurs, des cartes graphiques et des SoC mobiles.
Mais 46% est en baisse – les États-Unis contrôlaient plus de 50% du marché en 2015, selon la SIA. Cette perte est due au fait que des pays comme la Chine, la Corée du Sud et Taïwan gagnent depuis des années en parts de marché liées à la conception, grâce aux activités de recherche et développement sur les semi-conducteurs soutenues par les gouvernements fédéral et locaux, ainsi qu’au développement des talents nationaux. Par exemple, en 2021, la Corée du Sud a approuvé un plan de 450 milliards de dollars pour développer l’industrie locale des semi-conducteurs au cours des 10 prochaines années. Ce chiffre comprenait 1,3 milliard de dollars pour l’IA et la conception de puces de puissance.
Si rien ne change et que les États-Unis poursuivent leur trajectoire descendante actuelle, la part américaine des revenus de conception de puces pourrait chuter à 36 % d’ici la fin de la décennie, selon le rapport.
Image 1 de 3
À mesure que les puces logiques et mémoire deviennent plus complexes, elles nécessitent davantage d’investissements en R&D et davantage de talents en ingénierie. Le coût de conception d’une puce assez complexe à produire avec une technologie de processus de classe 5 nm – qui comprend la conception des circuits intégrés physiques et des logiciels associés – est estimé à plus de 540 millions de dollars, selon International Business Research. Les entreprises américaines produisent chaque année des dizaines de systèmes sur puces de ce type, dépensant des milliards en R&D liée à la conception. Rien qu’en 2021, les entreprises américaines ont investi environ 40 milliards de dollars dans la conception de puces.
Les analystes de la Semiconductor Industry Association estiment que le secteur public américain devrait investir entre 400 et 500 milliards de dollars au cours des 10 prochaines années dans la R&D et le développement de la main-d’œuvre. Mais ils pensent que cela ne suffit pas pour maintenir le leadership en matière de conception de puces pour l’ensemble du pays.
Des experts de la SIA et du BCG avertissent que l’industrie américaine de la conception de semi-conducteurs fait déjà face à une pénurie de travailleurs qualifiés – et d’ici 2030, cette pénurie pourrait atteindre 23 000 à mesure que les diplômés en sciences, technologie, ingénierie et mathématiques (STEM) quitteront l’industrie.
En outre, des choses telles que les restrictions à l’exportation pour les processeurs de crème de la crème pour la croissance des applications d’intelligence artificielle et de calcul haute performance (par exemple, l’Instinct MI250X d’AMD, le Ponte Vecchio d’Intel et les GPU de calcul A100 et H100 de Nvidia qui se vendent à plus de 10 000 $ chacun ) menacent davantage la capacité des entreprises américaines à investir dans la R&D puisque de tels freins limitent la croissance de leurs revenus.
Les grands équipementiers dépendent des puces
Les prouesses en matière de conception de puces assurent non seulement la prospérité des développeurs de puces américains, mais également le succès des fabricants d’équipement d’origine adjacents. Aux États-Unis, cela comprend 34 entreprises de classe mondiale, dont Apple, Dell, HP et HPE. En revanche, il existe 27 grandes entreprises en Chine, dont Huawei, Lenovo, BKK et Xiaomi, qui consomment des puces fabriquées en République populaire ainsi qu’ailleurs.
Le gouvernement chinois comprend à quel point il est important de développer des puces au niveau national – même si elles sont produites ailleurs – et nourrit son industrie de conception locale depuis des années. Les bénéfices des 25 principales entreprises chinoises sans usine ont doublé, passant de 12,2 milliards de dollars en 2017 à 24,4 milliards de dollars en 2020, selon les données de la SIA.
Financement du développement de puces du secteur public nécessaire
La loi CHIPS & Science Act adoptée plus tôt cette année implique des dépenses de 11 milliards de dollars pour divers projets de R&D axés sur de nouvelles méthodes de production de semi-conducteurs (c’est-à-dire de nouvelles technologies de fabrication fondamentales), la recherche avancée sur les semi-conducteurs (structures de transistors, matériaux), la recherche en métrologie et le conditionnement innovant des puces.
Mais la loi ne financera pas les concepteurs de puces : alors que Micron et Western Digital obtiendront des fonds pour mener des activités de R&D préconcurrentielles sur les matériaux, les transistors, les méthodes de fabrication, l’analyse et la métrologie, ils n’obtiendront rien pour concevoir des produits réels qui concurrenceront ceux développé ailleurs.
Développer des produits réels avant la concurrence est extrêmement important car cela permet aux pionniers d’établir de nouvelles normes de marché que d’autres doivent suivre. Les entreprises qui établissent leurs propres normes ont également tendance à en bénéficier directement. Par exemple, la plate-forme de calcul parallèle et l’environnement de développement CUDA propriétaires de Nvidia sont tellement en avance sur ses rivaux que la société a connu des années de domination dans certains secteurs de l’IA et du HPC.
À l’heure actuelle, environ 13 % de la R&D dans la conception de semi-conducteurs aux États-Unis est financée par des investissements publics. Environ 20 à 30 % de cette R&D est financée par les gouvernements, les autorités locales ou par des incitations fiscales en Europe, à Taïwan, en Corée du Sud et au Japon. En Chine, pas moins de 45 % de la R&D liée à la conception de puces sont financées par des fonds publics directs (gouvernement, autorités locales, universités publiques, etc.), des incitations fiscales et d’autres initiatives.
Pour assurer le leadership américain dans la conception de puces à l’avenir, des investissements du secteur public sont nécessaires, estiment des experts de la Semiconductor Industry Association et du Boston Consulting Group.
La bonne nouvelle est que chaque dollar public investi dans la conception et la R&D induirait des investissements supplémentaires du secteur privé et augmenterait donc considérablement les ventes de puces réelles, selon les analystes.
Ils estiment que si le secteur public américain investit entre 20 et 30 milliards de dollars d’ici 2030 dans la conception et la R&D (y compris une incitation fiscale de 15 à 20 milliards de dollars pour la conception), cela générerait à terme des ventes liées à la conception d’environ 450 milliards de dollars sur 10 ans. Cela permettrait également de former et d’employer 23 000 ingénieurs concepteurs de semi-conducteurs et de créer 130 000 emplois indirects.
Sommaire
Les États-Unis sont toujours en tête en matière de processeurs logiques avancés et d’autres logiques, mais sont à la traîne en matière de mémoire, de capteurs et d’optoélectronique. Cela ne va pas changer de sitôt, mais la part des revenus liés à la conception de puces contrôlée par les entreprises américaines pourrait également baisser dans les années à venir si les tendances en cours se poursuivent.
Les experts du secteur estiment que le financement par le secteur public de la conception de puces et de la R&D en Europe et en Asie permettra aux entreprises non américaines d’augmenter leur part des revenus liés à la conception de puces si les États-Unis n’agissent pas.
Les investissements publics dans la R&D sur la conception de puces aux États-Unis n’ont pas besoin d’être extrêmement élevés, car l’écosystème de développement de puces existe déjà – et il existe des dizaines de concepteurs de puces compétitifs dans le pays.
Le rapport de la SIA et du BCG indique que si le secteur public américain investit entre 20 et 30 milliards de dollars d’ici 2030 dans la conception et la R&D (y compris les incitations fiscales), cela alimentera les investissements du secteur privé et générera des ventes supplémentaires liées à la conception d’environ 450 milliards de dollars sur 10 années. Ce serait plus que suffisant pour que les États-Unis maintiennent leur position de premier développeur de puces au monde.