Les semi-conducteurs sont les cerveaux derrière la technologie qui imprègne toutes nos interactions. Le réseau mondial de communication, chaque interaction avec les réseaux sociaux, chaque expérience de vente au détail, et hôpital, ferme et usine créant une valeur sociétale et économique dans le monde entier. Dans un rapport intitulé « Reasserting U.S. Leadership in Microelectronics », les chercheurs du MIT présente une série de recommandations sur la manière dont les universités peuvent jouer un rôle de premier plan dans l'effort américain visant à retrouver la prééminence mondiale dans la recherche et la fabrication de semi-conducteurs.La pénurie mondiale de semi-conducteurs a fait les gros titres et provoqué une cascade de goulets d'étranglement dans la production qui ont fait grimper les prix de toutes sortes de biens de consommation, des réfrigérateurs aux SUV. Vous êtes joueurs et vous voulez acheter une meilleure carte graphique, rejoignez le rang de ceux qui attendent déjà. La pandémie a provoqué une pénurie mondiale de semi-conducteurs même des cartes graphiques vieilles de quatre ans peuvent rapporter plusieurs centaines de dollars sur le marché de l'occasion. La pénurie de puces a mis en évidence le rôle essentiel que jouent les semi-conducteurs dans de nombreux aspects de la vie quotidienne.
Mais des années avant que la pénurie induite par la pandémie ne s'installe, les États-Unis étaient déjà confrontés à une crise croissante des puces. Leur domination de longue date en matière d'innovation et de fabrication microélectronique s'est érodée au cours des dernières décennies face à une concurrence internationale accrue. Aujourd'hui, réaffirmer le leadership américain en matière de microélectronique est devenu une priorité pour l'industrie et le gouvernement, non seulement pour des raisons économiques, mais aussi pour des raisons de sécurité nationale.
La pénurie de GPU est si grave que des pays entiers ne reçoivent que 20 unités par mois, la demande de semi-conducteurs actuellement supérieure à la production n'aidant pas. Nous sommes actuellement dans « une tempête parfaite » de demande inflationniste menée par les joueurs en période de confinement du coronavirus, une bousculade lucrative des revendeurs et l'intérêt pour les nouvelles GPU des cryptomineurs, combinés à une réponse lente de l'industrie des semi-conducteurs qui manque de ressources pour ajuster la capacité.
Dans un nouveau livre blanc, un groupe de chercheurs du MIT affirme que la stratégie américaine pour réaffirmer sa place de superpuissance des semi-conducteurs doit impliquer fortement les universités, qui sont particulièrement bien placées pour lancer de nouvelles technologies et former une main-d'œuvre hautement qualifiée. Comme dit précédemment, le rapport des chercheurs intitulé « Reasserting U.S. Leadership in Microelectronics », présente une série de recommandations sur la manière dont les universités peuvent jouer un rôle de premier plan dans l'effort national visant à retrouver la prééminence mondiale dans la recherche et la fabrication de semi-conducteurs.
« Dans cette quête nationale visant à retrouver le leadership en matière de fabrication microélectronique, il était clair pour nous que les universités devaient jouer un rôle majeur. Nous avons voulu réfléchir, en partant de zéro, à la manière dont les universités peuvent contribuer au mieux à cet effort important », explique Jesús del Alamo, professeur au département de génie électrique et d'informatique (EECS) du MIT et principal auteur du livre blanc. « Notre objectif est que, lorsque ces programmes nationaux seront construits, ils le soient de manière équilibrée, en tirant parti des ressources et des talents considérables que les universités américaines peuvent mettre à profit », a-t-il ajouté.
Dans le même temps en Europe, afin de stimuler l'informatique dématérialisée et l'informatique quantique en Europe, l'Union européenne prévoit de produire ses propres semi-conducteurs avancés d'ici 2030, selon un document de projet non encore officiel. Les plans du bloc dans ce secteur visent également à réduire les « dépendances à haut risque » vis-à-vis des entreprises technologiques aux États-Unis et en Asie.
Cet effort n’est pas isolé. Nous avons appris en décembre dernier que l'Allemagne, la France, l'Espagne et dix autres pays de l'Union européenne ont uni leurs forces pour investir dans les processeurs et les technologies des semi-conducteurs, essentiels aux dispositifs connectés à Internet et au traitement des données.
Positionnement de l’UE
Dans une annonce publiée le 7 septembre sur son site officiel, Intel a confirmé son intention de construire au moins deux nouvelles usines de semi-conducteurs en Europe. Le PDG Pat Gelsing a exposé ces plans dans un discours-programme prononcé au salon de l'automobile de Munich, déclarant que la société pourrait investir jusqu'à 80 milliards de dollars en Europe au cours de la prochaine décennie.
Le PDG Pat Gelsinger a rappelé à l'auditoire qu'Intel prévoit de construire au moins deux nouvelles usines de semi-conducteurs de pointe en Europe, avec des plans d'investissements futurs qui pourraient atteindre 80 milliards d'euros au cours de la prochaine décennie. Il a également détaillé les éléments de la stratégie annoncée par l'entreprise et a expliqué comment ces programmes s'appliqueront spécifiquement aux industries de l'automobile et de la mobilité dans l'Union européenne.
Les services de fonderie d'Intel, annoncés en mars, sont activement engagés dans des discussions avec des clients potentiels en Europe notamment des entreprises automobiles et leurs fournisseurs.
Les responsables de l’Union veulent s'assurer qu'au moins 20 % des semi-conducteurs de pointe du monde en termes de valeur soient produits en Europe d'ici la fin de la décennie, selon le document. Le papier, qui pourrait encore être modifié, devrait être présenté la semaine prochaine par la Commission européenne, l'organe exécutif du bloc.
Dans une précédente déclaration commune, 18 États membres de l’Union se sont engagés à travailler ensemble afin d’investir jusqu’à 145 milliards d'euros sur 2 à 3 ans dans les domaines de la conception et de la fabrication des processeurs de nouvelle génération et des technologies de semi-conducteurs à faible consommation énergétique. Cet effort prend en compte la fabrication des puces et les systèmes embarqués qui offrent les meilleures performances pour des applications spécifiques dans un large éventail de secteurs, ainsi que des technologies de pointe évoluant progressivement vers des processus de gravure en 2 nm pour les processeurs.
L’objectif de cette initiative commune est de rendre l’Europe de moins en moins dépendante des puces produites dans d’autres régions du monde, mais aussi de renforcer la position de l’Europe dans le domaine des processeurs et des semi-conducteurs. En effet, pour les États membres de l’UE, cette orientation stratégique est un passage obligé pour garantir la souveraineté technologique et la compétitivité de l’Europe, et aussi pour renforcer des capacités de l’UE afin de relever les principaux défis environnementaux et sociétaux et faire face aux nouveaux marchés émergents de masse.
Perte du leadership américain
L'invention de la technologie des semi-conducteurs par des scientifiques américains a conduit à la naissance de la Silicon Valley dans les années 1950, ce qui a permis aux États-Unis de devenir la force dominante dans la recherche et la fabrication de semi-conducteurs, mais cette domination est en perte de vitesse depuis des décennies. Aujourd'hui, seuls 12 % des puces à semi-conducteurs sont produites aux États-Unis, contre 37 % en 1990, selon la Semiconductor Industry Association.
L'un des facteurs de ce déclin national est l'investissement massif dans les infrastructures que des pays comme la Corée du Sud, Taïwan et la Chine ont réalisé au cours des dernières années. Ces investissements ont stimulé leurs entreprises nationales de microprocesseurs et ont même incité certaines entreprises américaines à ouvrir des installations de fabrication à l'étranger, explique del Alamo.
Une usine de fabrication de puces peut coûter jusqu'à 10 milliards de dollars. Les entreprises font donc un gros pari économique lorsqu'elles décident de construire une nouvelle installation. Toutes les incitations économiques que les gouvernements peuvent offrir sous la forme d'avantages fiscaux, de terrains bon marché et même de subventions directes jouent un rôle dans la décision d'une entreprise quant à l'emplacement d'une usine.
Un rapport de 2020 de la Semiconductor Industry Association affirme que, si l'on tient compte des incitations économiques, les fabricants sont désavantagés de 30 % en termes de coûts lorsqu'ils produisent des micropuces aux États-Unis par rapport à l'Asie. Les universités ont également joué un rôle historique majeur en contribuant à la recherche fondamentale, et la nation devra compter sur les laboratoires universitaires pour générer des innovations.
Mais de nombreuses universités disposent d'une infrastructure vieillissante qui se rapproche rapidement de l'obsolescence, si elle n'est pas déjà dépassée. Les auteurs du livre blanc affirment que les États-Unis doivent investir dans les infrastructures universitaires, à la fois dans les biens d'équipement et dans le personnel chargé de les faire fonctionner et de soutenir les activités de recherche et d'enseignement. Une mise à niveau majeure des installations de recherche est essentielle pour que les universités restent adaptées à l'industrie et à ses outils de pointe.
L'installation MIT.nano, d'une superficie de 214 000 pieds carrés et d'une valeur de 400 millions de dollars, qui a ouvert ses portes en 2018, est un exemple de la façon dont une installation partagée de pointe peut accueillir des outils pertinents pour l'industrie ainsi que des programmes de recherche et d'éducation pour faire progresser l'industrie des semi-conducteurs, explique del Alamo.
« Il ne s'agit pas seulement de rendre les transistors plus petits. Les progrès futurs nécessitent de nouveaux matériaux, de nouveaux processus, des dispositifs repensés et de nouveaux systèmes intégrés », déclare Vladimir Bulovic, titulaire de la chaire Fariborz Maseeh de technologies émergentes et directeur fondateur de MIT.nano. « Les technologies sur lesquelles nous nous appuierons dans une dizaine d'années pourraient ne plus ressembler à celles d'aujourd'hui. Les innovations universitaires ne manqueront pas de perturber les feuilles de route techniques actuelles et de faire bondir les performances des systèmes actuellement imaginés. Le maintien d'un lien étroit entre l'industrie et les universités d'aujourd'hui permettra de garantir que nos meilleures idées puissent améliorer l'industrie actuelle et lancer de nouvelles entreprises techniques. »
Les start-up jouent également un rôle essentiel dans l'innovation, et les universités sont depuis longtemps un foyer d'activité entrepreneuriale. Pour que cela continue, les auteurs affirment que les universités ont besoin de partenariats solides avec des installations de prototypage, des laboratoires nationaux et des fonderies commerciales pour aider les chercheurs entreprenants à transformer leurs innovations en start-up technologiques qui deviendront les entreprises de classe mondiale de demain.
La collaboration avec le Lincoln Laboratory, un institut de recherche financé par le gouvernement fédéral et situé à Lexington, dans le Massachusetts, qui est géré par le MIT, a permis des innovations dans le domaine des micropuces qui n'auraient pas été possibles autrement, affirme del Alamo.
« La combinaison par le MIT d'un moteur d'innovation de classe mondiale et d'une capacité de prototypage de microélectronique complexe au Lincoln Laboratory est unique et puissante », déclare Bob Atkins, chef de la division des technologies avancées au Lincoln Laboratory. « Cette combinaison favorise à la fois la découverte et la maturation de technologies microélectroniques perturbatrices, et permet de traduire les idées en réalisations pratiques. Elle est à l'origine d'une longue série de développements marquants, allant des imageurs spécialisés à la lithographie microélectronique, utilisés dans le monde entier. »
Pour exploiter tout le potentiel des universités, il faudra une stratégie qui favorise les réseaux régionaux où différents types d'institutions, y compris les collèges et les community colleges, peuvent travailler ensemble pour créer des programmes communs de recherche et d'éducation qui impliquent également des partenariats avec l'industrie.
Depuis plus de 35 ans, le MIT bénéficie de son Microsystems Industrial Group, qui oriente les activités de recherche et d'éducation, encadre les étudiants et le corps enseignant et offre un soutien financier. Travailler en étroite collaboration avec l'industrie aide les professeurs à apprécier et à comprendre les problèmes intéressants, mais aussi pertinents, auxquels ils doivent s'attaquer dans leurs recherches. Ces types de partenariats transversaux deviendront encore plus importants à l'avenir, estime del Alamo.d.
« Il ne s'agit pas seulement de rendre les transistors plus petits. Les progrès futurs nécessitent de nouveaux matériaux, de nouveaux processus, des dispositifs repensés et de nouveaux systèmes intégrés », déclare Vladimir Bulovic, titulaire de la chaire Fariborz Maseeh de technologies émergentes et directeur fondateur de MIT.nano. « Les technologies sur lesquelles nous nous appuierons dans une dizaine d'années pourraient ne plus ressembler à celles d'aujourd'hui.
Les innovations universitaires ne manqueront pas de perturber les feuilles de route techniques actuelles et de faire bondir les performances des systèmes actuellement imaginés. Le maintien d'un lien étroit entre l'industrie et les universités d'aujourd'hui permettra de garantir que nos meilleures idées puissent améliorer l'industrie actuelle et lancer de nouvelles entreprises techniques. »
La microélectronique est à la base de notre société de l'information moderne. Les progrès extraordinaires dont nous avons été témoins dans les domaines de la santé, des communications, de l'informatique, de l'énergie, des transports et dans tant d'autres domaines de l'activité humaine sont dus aux avancées révolutionnaires des technologies microélectroniques au cours des 50 dernières années. Le leadership inégalé des États-Unis dans le domaine de la microélectronique depuis ses débuts a apporté d'énormes progrès économiques à notre nation.
Ce rôle prépondérant s'est toutefois érodé au fil du temps. Alors que la capacité de fabrication de semi-conducteurs de pointe a considérablement diminué aux États-Unis, les préoccupations concernant la vulnérabilité des chaînes d'approvisionnement ont pris le devant de la scène. Cette prise de conscience a suscité un examen approfondi de l'ensemble de l'écosystème dans lequel prospère la microélectronique. Ce site web vise à contribuer à la synthèse d'une vision nationale du rôle des universités dans le cadre d'une ambitieuse campagne holistique visant à permettre aux États-Unis de réaffirmer leur leadership dans le domaine de la microélectronique.
Source : MIT
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Envoyé par Bruno
