Les pénuries de puces flottent sur la vague de Makimoto

Les gros titres d’aujourd’hui regorgent d’histoires sur les raisons les plus simples des pénuries de la chaîne d’approvisionnement des puces automobiles. Pourtant, les ingénieurs du secteur des semi-conducteurs pourraient bien considérer ces séries actuelles de pénuries de puces comme un cycle naturel prédit par la vague de Makimoto.

Voici l’histoire simple : l’industrie automobile a connu des années de croissance assez modeste en 2018 et 2019. Puis la vague COVID a déferlé sur le monde et l’industrie automobile a failli couler. Avec la tempête pandémique qui faisait rage, la conduite était à peu près limitée aux déplacements à l’épicerie ou au cabinet du médecin. Il n’y avait tout simplement pas beaucoup d’endroits où aller pendant le confinement.

Était-il surprenant que la demande de pièces automobiles ait presque disparu ? Cette pénurie a été prédite par de nombreux analystes au début de 2020. La diminution a conduit à une configuration presque parfaite pour les futures pénuries avec la stratégie d’inventaire juste à temps qui prévaut dans toute la chaîne d’approvisionnement automobile. Les constructeurs automobiles ne pouvaient pas se permettre d’avoir beaucoup d’inventaire.

À l’inverse, du côté de l’offre de l’équation, se trouvaient les fournisseurs de semi-conducteurs et leur besoin d’au moins deux mois de délai pour fabriquer de nouvelles commandes. Pour compliquer encore le problème, la pandémie de COVID a fini par produire un boom pour les serveurs PC, les jeux vidéo et les téléphones portables 5G, qui à leur tour ont consommé une énorme quantité de capacité de fonderie qui ne serait pas disponible pour les besoins des constructeurs automobiles.

Alors que les fonderies ont essayé d’augmenter leur capacité, elles n’ont tout simplement pas pu suivre. De plus, une grande partie de l’électronique automobile nécessaire se trouvait sur des géométries de processus d’ancienne génération.

« Les fournisseurs fabriquant encore des plaquettes de 200 millimètres d’ancienne génération fabriquaient déjà de nombreuses pièces automobiles parmi d’autres appareils », a expliqué Walden C. Rhines, PDG de Cornami et PDG émérite de Mentor-Siemens. « Vous ne pouvez pas simplement sortir et acheter du matériel 200 mm. En outre, ces entreprises avaient besoin d’une sorte de garantie de volume de production, car elles savaient que travailler sur les anciennes géométries n’allait pas continuer éternellement. Il est donc difficile d’apporter rapidement beaucoup de nouvelles capacités et vous vous retrouvez donc avec au moins une pénurie temporaire. »

Cette explication est assez simple et bien couverte (trop) dans l’actualité. Mais ce que Rhines a partagé ensuite n’était pas si évident. Il traitait de ce qui se passait d’autre sur le marché des semi-conducteurs.

« Une chose qui échappe vraiment à l’attention est que nous sommes dans la phase de personnalisation de la vague de Makimoto », a noté Rhines.

La vague fait référence à une observation faite au début des années 1990 par le Dr Tsugio Makimoto, qui était à l’époque le directeur de la technologie (CTO) de Sony. Il a observé que l’électronique alternait entre des solutions personnalisées et des solutions programmables (marchandisées) environ tous les dix ans. Cela est devenu connu sous le nom de vague de Makimoto. Il est en partie motivé par les outils de développement de puces d’automatisation de la conception électronique (EDA), qui permettent de nouveaux types de personnalisation tout en affectant les coûts relatifs des puces standard et personnalisées.

Comment la vague de Makimoto prédit-elle les tendances en matière de conception de puces ? Prenons le cas des contrôleurs de moteur. Dans les années 1980, le marché des contrôleurs de moteur était dominé par Motorola et Hitachi. Si un concepteur automobile avait besoin d’un contrôleur, il aurait utilisé l’un des différents produits standard de l’une ou l’autre société. Ces fabricants de semi-conducteurs fabriquaient quelques pièces standard pour de nombreux clients, ce qui facilitait la gestion des stocks vendables. Mais ce n’est pas le cas aujourd’hui.

« Maintenant, tout le monde conçoit son propre truc », reconnaît Rhines. « Sur le marché des téléphones portables, Apple conçoit ses propres contrôleurs et bandes de base sans fil. Vous avez également Google, Facebook et Amazon qui fabriquent tous leurs propres circuits imprimés et même leurs propres puces. Vous avez également quelque 500 entreprises qui conçoivent des véhicules électriques et la plupart d’entre elles conçoivent des puces. Et vous avez 200 entreprises qui conçoivent des voitures autonomes et des camions légers. Nous avons donc une masse de nouveaux designs qui affluent pour à peu près le même nombre de voitures. »

Ainsi, l’industrie se retrouve dans la partie personnalisation du pendule Wave de Makimoto.

En plus du contenu électronique hautement personnalisé existant – près de 40 % dans chaque voiture – les systèmes d’assistance électronique à la conduite (ADAS) émergents poussent la quantité de contenu électronique encore plus haut.

Les entreprises de premier rang et les équipementiers élaborent leurs propres conceptions, se faisant ainsi concurrence. Par exemple, Tesla a construit une puce d’apprentissage automatique à la pointe de la technologie, a noté Rhines. Des tiers comme Bosch, Denso et d’autres construisent également des puces de conduite autonome ou d’apprentissage automatique. Tout cela signifie que cette phase de la vague de Makimoto a vu une augmentation du nombre de designs desservant un marché dont le volume unitaire n’a pas beaucoup changé.

Mais il y a plus. Considérez que la principale usine chinoise – la Semiconductor Manufacturing International (Beijing) Corporation (SMIC) – a été ajoutée à la liste des entités américaines, « en raison de la doctrine chinoise de fusion civilo-militaire (MCF) et des preuves d’activités entre le SMIC et les entités de préoccupation dans le complexe militaro-industriel chinois. Les restrictions à l’exportation associées à cette liste compliqueront l’achat d’équipements de fabrication de semi-conducteurs par la Chine.

« Je suppose que beaucoup de gens ont commencé à passer des commandes auprès d’autres fonderies par crainte que la Chine ne puisse pas acheter d’équipement », prévient Rhines. « Ils ne seraient pas en mesure de continuer à augmenter leur capacité, ce qui pourrait signifier une pénurie accrue de puces au moins dans les anciennes géométries utilisées par l’espace automobile. »

Ces restrictions d’équipement – pour le meilleur ou pour le pire – ont tendance à exacerber les augmentations mondiales de la teneur en semi-conducteurs dans l’équipement final. Au cours des deux décennies précédant 2012, la quantité de contenu électronique semi-conducteur dans l’équipement final représentait environ 16 % du produit total. Au cours des cinq dernières années, ce montant a bondi jusqu’à 20 pour cent, a cité Rhines. L’électronique apparaît maintenant dans presque tous les équipements finaux.

Il n’est pas rare que l’espace des semi-conducteurs connaisse des pénuries de puces, généralement avec des dispositifs de mémoire. Ce qui rend ces hauts et bas plus tumultueux aujourd’hui, c’est que la quantité d’électronique a considérablement augmenté dans tous les produits, des voitures et de l’informatique aux téléphones portables et appareils similaires. Par exemple, les sous-systèmes RF dans les téléphones mobiles ont plus que doublé au cours de la dernière décennie. L’augmentation du contenu électronique dans les voitures, même sans l’ajout de nouveaux systèmes de conduite assistée, a été bien documentée.

« Superposez l’augmentation de la demande de contenu électronique avec une économie faible de COVID et surmontée d’une période d’investissement en capital de semi-conducteurs relativement léger et vous obtiendrez des pénuries ponctuelles », a déclaré Rhines. « La capacité limitée dans les usines, due soit au besoin d’équipements plus anciens, soit aux demandes de capacité sans cesse croissantes d’un client important comme Apple, et il n’est pas étonnant que les choses soient serrées. Enfin, le degré global de personnalisation tel qu’indiqué par la vague de Makimoto signifie que le changement d’offre sera probablement confronté à des pénuries pendant plusieurs années à venir.