La sauce secrète pour la superstar des chips de Taiwan

Lorsque Shih Chin-tay, 23 ans, monta à bord d'un avion pour les États-Unis à l'été 1969, il s'envolait vers un autre monde.

Il a grandi dans un village de pêcheurs entouré de champs de canne à sucre. Il avait fréquenté l'université de Taipei, la capitale de Taiwan, qui était alors une ville aux rues poussiéreuses et aux immeubles gris où les gens possédaient rarement une voiture.

Il partait maintenant pour l'Université de Princeton. Les États-Unis venaient d’envoyer un homme sur la Lune et un Boeing 747 dans le ciel. Son économie était plus importante que celles de l’Union soviétique, du Japon, de l’Allemagne et de la France réunis.

"Quand j'ai atterri, j'ai été choqué", a-t-il déclaré le Dr Shih, aujourd'hui âgé de 77 ans. "Je me suis dit : Taiwan est si pauvre, je dois faire quelque chose pour essayer d'aider à améliorer sa situation."

Et il l'a fait. Le Dr Shih et un groupe de jeunes ingénieurs ambitieux ont transformé une île qui exportait du sucre et des t-shirts en une centrale électronique.

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Le Taipei d'aujourd'hui est riche et branché. Les trains à grande vitesse transportent les passagers le long de la côte ouest de l'île à une vitesse de 350 km/h. Taipei 101 – un temps le bâtiment le plus haut du monde – domine la ville, emblème de sa prospérité.

Cela est dû en grande partie à un petit appareil pas plus gros qu’un ongle. Le semi-conducteur de silicium – très fin et désormais mieux connu sous le nom de puce – est au cœur de toutes les technologies que nous utilisons, des iPhones aux avions.

Taiwan fabrique désormais plus de la moitié des puces qui alimentent nos vies. Son plus grand fabricant, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), est la neuvième entreprise la plus valorisée au monde.

Cela rend Taiwan presque irremplaçable – et vulnérable. La Chine, craignant d’être privée des puces les plus avancées, dépense des milliards pour voler la couronne de Taiwan. Ou encore, elle pourrait prendre l’île, comme elle a menacé de le faire à plusieurs reprises.

Mais le chemin vers la superstar des puces à Taiwan ne sera pas facile à reproduire : l'île a une sauce secrète, aiguisée au cours de décennies de travail laborieux de ses ingénieurs. De plus, l’industrie manufacturière s’appuie sur un réseau de liens économiques que la rivalité croissante entre les États-Unis et la Chine tente désormais de défaire.

Du sucre au silicium

Lorsque le Dr Shih est arrivé à Princeton, « les États-Unis commençaient tout juste la révolution des semi-conducteurs », dit-il.

Cela faisait à peine une décennie que Robert Noyce avait créé le « circuit intégré monolithique », regroupant des composants électroniques sur une seule plaquette de silicium – une première version de la puce électronique qui a lancé la révolution des ordinateurs personnels.

Pendant les deux années qui ont suivi l'obtention de son diplôme, le Dr Shih a conçu des puces mémoire chez Burroughs Corporation, deuxième derrière IBM en matière de fabrication d'ordinateurs.

À l’époque, Taiwan était à la recherche d’une nouvelle industrie nationale suite à une crise pétrolière qui avait mis à mal ses exportations. Le silicium semblait être une possibilité - et le Dr Shih a pensé qu'il pouvait aider : "Je pensais qu'il était temps de rentrer à la maison."

À la fin des années 1970, il rejoint les meilleurs et les plus brillants ingénieurs électriciens de Taiwan dans un nouveau laboratoire de recherche : l'Institut de recherche en technologie industrielle, au son discret, jouerait un rôle considérable dans la refonte de l'économie de l'île.

Les travaux ont commencé à Hsinchu, une petite ville au sud de Taipei. Aujourd'hui, c'est un centre mondial de l'électronique, dominé par les énormes usines de fabrication de TSMC. Ces usines de copeaux, chacune de la taille de plusieurs terrains de football, comptent parmi les endroits les plus propres au monde. Les détails de fabrication les plus fins sont un secret bien gardé et aucune caméra extérieure n'est autorisée.

La plus récente usine – la fab 18, située dans le sud de Taiwan, d'une valeur de près de 20 milliards de dollars – commencera bientôt à produire des puces de trois nanomètres destinées aux iPhones de nouvelle génération.

Tout cela va bien au-delà de ce que le Dr Shih et ses collègues avaient imaginé lorsqu’ils ont ouvert une usine expérimentale dans les années 1970. Ils avaient bon espoir parce qu'ils disposaient d'une technologie sous licence d'un grand fabricant d'électronique américain – mais à la surprise générale, l'usine a surpassé sa société mère. Il est difficile d’expliquer pourquoi et, à ce jour, la formule précise du succès de Taiwan reste insaisissable.

Les souvenirs du Dr Shih sont plus prosaïques : « La production était meilleure que celle de l'usine RCA d'origine, avec des coûts inférieurs. Cela a donc donné au gouvernement l’assurance que nous pouvions peut-être vraiment faire quelque chose. »

Le gouvernement taïwanais a investi le capital initial, d'abord pour la United Micro-electronics Corporation, puis en 1987 pour ce qui allait devenir la plus grande usine de puces au monde, TSMC.

Pour le diriger, ils ont recruté Morris Chang, un ingénieur sino-américain et ancien cadre du géant américain de l'électronique Texas Instruments. C'était un coup de chance ou de génie, ou les deux : aujourd'hui, cet homme de 93 ans est connu comme le père de l'industrie des semi-conducteurs taïwanais.

À l’époque, il s’est vite rendu compte qu’affronter les géants américains et japonais à leur propre jeu était une proposition perdante. Au lieu de cela, TSMC fabriquerait uniquement des puces pour d’autres et ne concevrait pas les siennes.

Ce « modèle de fonderie », inédit en 1987, a changé le paysage de l’industrie et a ouvert la voie à Taiwan pour devenir le leader du peloton.

Et le timing n’aurait pas pu être meilleur. La nouvelle génération de start-ups de la Silicon Valley – dont Apple, Qualcomm, Nvidia – n’avait pas les fonds nécessaires pour construire leurs propres usines de fabrication. Et ils auraient du mal à trouver des fabricants pour les puces sans lesquelles ils ne pourraient pas fonctionner.

"Ils devraient s'adresser aux principales sociétés de semi-conducteurs et leur demander s'ils disposent d'une capacité de production excédentaire qu'ils pourraient utiliser", a-t-il déclaré. dit le Dr Shih. "Mais ensuite TSMC est arrivé."

Désormais « sans fabrique » en Californie les entreprises pouvaient s'associer aux fabricants de puces taïwanais, qui n'avaient aucun intérêt à voler leurs conceptions ou à les concurrencer.

"La règle numéro un chez TSMC est de ne pas concurrencer ses clients", explique M. Shih.

La sauce secrète

Le monde produit plus d’un billion de puces par an. Une voiture moderne contient entre 1 500 et 3 000 jetons. L'iPhone 12 aurait eu environ 1 400 semi-conducteurs. Un déficit en 2022, dû à la forte demande d’électronique pendant la pandémie, a affecté les ventes de machines à laver et de BMW.

Le succès extraordinaire de Taiwan – l’île expédie plus de la moitié de ces mille milliards de puces, et presque toutes les plus avancées – est dû à sa maîtrise du volume. En d’autres termes, la fabrication taïwanaise est incroyablement efficace.

La fabrication de puces en silicium est coûteuse et fastidieuse. Cela commence par un gros lingot de silicium ultra-pur issu d’un monocristal. Chaque lingot peut mettre plusieurs jours à pousser et peser jusqu'à 100 kg.

Après qu'un tailleur de diamant ait découpé la dalle en fines tranches, une machine utilise la lumière pour graver de minuscules circuits sur chaque tranche. Une seule plaquette peut contenir des centaines de microprocesseurs et des milliards de circuits.

Ce qui compte en fin de compte, c'est le rendement, c'est-à-dire la surface de chaque tranche utilisable comme puce. Dans les années 1970, les sociétés américaines affichaient des rendements aussi bas que 10 % et, au mieux, 50 %. Dans les années 1980, la moyenne des Japonais était de 60 %. TSMC les aurait tous surpassés avec un rendement qui oscille autour de 80 %.

Au fil du temps, les fabricants taïwanais ont réussi à entasser de plus en plus de circuits dans des espaces incroyablement petits. Grâce aux dernières machines de lithographie à lumière ultraviolette extrême, TSMC peut graver 100 milliards de circuits sur un seul microprocesseur, soit plus de 100 millions de circuits par millimètre carré.

Pourquoi les entreprises taïwanaises sont-elles si douées dans ce domaine ? Personne ne semble savoir exactement pourquoi.

Le Dr Shih pense que c'est simple : "Nous disposions d'installations flambant neuves, dotées des équipements les plus modernes. Nous avons recruté les meilleurs ingénieurs. Même les opérateurs des machines étaient hautement qualifiés. Et puis nous n'avons pas simplement importé de la technologie, nous avons absorbé les leçons de nos professeurs américains et appliqué une amélioration continue".

Un jeune homme qui a travaillé plusieurs années dans l'une des plus grandes sociétés d'électronique de Taiwan est du même avis : "Je pense que les entreprises de Taiwan ne parviennent pas à réaliser de grandes avancées technologiques. Mais ils sont très doués pour prendre l’idée de quelqu’un d’autre et la rendre meilleure. Cela peut être fait par essais et erreurs, en peaufinant continuellement de petites choses."

Ceci est important car dans une usine de semi-conducteurs, les machines doivent être constamment calibrées. Fabriquer des micropuces relève de l’ingénierie. Mais c'est aussi plus que cela. Certains l'ont comparé à la cuisine, comme à un festin gastronomique. Donnez à deux chefs la même recette et les mêmes ingrédients : le meilleur cuisinier préparera le meilleur plat.

En d’autres termes, Taiwan a une recette secrète.

Mais le jeune homme, qui n'a pas voulu révéler son nom, ni celui de l'entreprise, affirme que les entreprises taïwanaises ont un autre avantage.

"Par rapport aux ingénieurs logiciels aux États-Unis, même dans les meilleures entreprises du pays, les ingénieurs sont assez mal payés", dit-il. il a dit. « Mais comparé à d’autres secteurs à Taiwan, les salaires sont bons. Ainsi, si vous travaillez pour une grande entreprise d’électronique après quelques années, vous pourrez obtenir un prêt hypothécaire et acheter une voiture. Vous pourrez vous marier. Alors, les gens s'en foutent."

Il a décrit une semaine de six jours qui commençait chaque jour par une réunion à 7h30 et durait généralement jusqu'à 19h00. Il était également appelé le dimanche ou les jours fériés en cas de problème à l'usine.

"Si les gens n'étaient pas disposés à faire le travail, l'entreprise serait finie. C'est parce que les gens sont prêts à supporter les difficultés que ces entreprises réussissent.

Le bouclier en silicium

En décembre 2022, TSMC a inauguré la construction d’une usine de 40 milliards de dollars dans l’État américain de l’Arizona. Cela a été salué par le président Joe Biden comme un signe du retour de l’industrie manufacturière de haute technologie sur le sol américain.

Depuis, les gros titres sont un peu moins réjouissants.

Ils ne voulaient pas nous écouter : à l'intérieur de l'usine de copeaux en difficulté de l'Arizona, lisez-en un. Un autre a déclaré : TSMC a du mal à recruter des travailleurs tout en faisant face aux réticences des syndicats.

La production de chips devait démarrer l’année prochaine. Aujourd’hui, c’est reporté à 2025.

L’ancien président de TSMC, le Dr Chang, s’est montré profondément sceptique dès le début. L’année dernière, il a décrit l’expansion de la production de puces aux États-Unis comme un « exercice coûteux et inutile et futile ». car fabriquer des puces aux États-Unis coûterait 50 % plus cher qu’à Taiwan. Mais les prouesses de Taiwan en matière de fabrication de puces l’ont placé au centre de la guerre technologique entre les États-Unis et la Chine.

Washington veut empêcher Taïwan de fournir à la Chine les puces de pointe dont il craint que Pékin n’utilise pour accélérer ses programmes d’armement et faire progresser son intelligence artificielle.

Après l’invasion de l’Ukraine par la Russie, qui a étranglé l’approvisionnement en gaz de l’Europe, les politiciens américains sont nerveux à propos de Taiwan. Ils craignent que l’énorme concentration de production de puces haut de gamme sur l’île ne rende l’économie américaine l’otage d’une invasion chinoise.

Mais les entreprises taïwanaises voient peu d’avantages économiques à délocaliser leur production hors de l’île. Ils le font à contrecœur, sous la pression politique.

Les habitants de Taiwan n'aiment pas l'idée qu'on devrait leur reprocher leur succès - et que Taiwan devrait volontairement affaiblir ce que beaucoup considèrent comme son "bouclier de silicium", tandis que le reste du monde hésite sur la question de savoir si l'île et sa société démocratique valent la peine d'être protégées de l'agression chinoise.

Le Dr Shih affirme que ceux qui cherchent à restructurer par la force la production mondiale de puces se méprennent sur son succès.

"Si vous regardez l'histoire des semi-conducteurs, aucun pays ne domine cette industrie", a-t-il déclaré. il dit. « Taiwan pourrait dominer le secteur manufacturier. Mais il existe une chaîne d’approvisionnement très longue et l’innovation à chaque étape contribue à la croissance de l’industrie. "

Une grande partie du silicium brut mondial provient de Chine, même si la majeure partie est destinée à l’industrie solaire. L'Allemagne et le Japon sont en tête en ce qui concerne les produits chimiques nécessaires au traitement des plaquettes.

Carl Zeiss, une entreprise allemande d'optoélectronique mieux connue pour fabriquer des lunettes et des objectifs d'appareil photo, produit des dispositifs optiques qui entrent dans les machines de lithographie fabriquées par une entreprise néerlandaise de premier plan, ASML. La fabrication laborieuse s'appuie sur des conceptions provenant d'entreprises américaines ou d'Arm, basée au Royaume-Uni.

Le Dr Shih doute que Pékin puisse recréer cette chaîne d’approvisionnement – ​​des matériaux à la conception en passant par la production haut de gamme – en Chine.

"S'ils veulent créer un modèle différent, je leur souhaite bonne chance", dit-il avec un haussement d'épaules. "Parce que si vous voulez vraiment innover, vous avez besoin que tout le monde travaille ensemble, partout dans le monde. Il ne s'agit pas d'une seule entreprise ou d'un seul pays."

Il est tout aussi sceptique quant à l’idée d’exclure la Chine que les États-Unis l’ont fait.

"Je pense que c'est probablement une erreur majeure", a-t-il déclaré.

"Quand je regarde en arrière, je me sens chanceux d'avoir été témoin de la croissance extraordinaire de l'économie taïwanaise et de cette longue période de paix. Aujourd’hui, je vois des conflits dans d’autres parties du monde et je crains qu’ils ne s’étendent à l’Asie."

"J'espère que les gens apprécieront le précieux effort que nous avons fait et ne le détruiront pas."