Comment Huawei a surpris les États-Unis avec une puce de pointe fabriquée en Chine
L’histoire de l’intérieur de la façon dont l’entreprise technologique phare du pays a conservé son avantage dans la guerre des semi-conducteurs malgré les sanctions
Fin 2020, Huawei se battait pour sa survie en tant que fabricant de téléphones mobiles.
Quelques mois plus tôt, l’administration Trump avait frappé l’entreprise chinoise de sanctions paralysantes, la coupant des chaînes d’approvisionnement mondiales en semi-conducteurs.
Les sanctions empêchaient toute personne sans permis de fabriquer les puces conçues par Huawei, et la société avait du mal à se procurer de nouvelles puces pour lancer des combinés plus avancés.
En réponse, Huawei a décidé de parier son activité de puces et de téléphonie mobile de 67 milliards de dollars sur un accord délicat avec la Semiconductor Manufacturing International Corporation, une fonderie soutenue par l’État connue pour son ambition de rattraper les principaux fabricants mondiaux de puces.
SMIC annonçait qu’elle avait trouvé un moyen de produire des puces plus avancées en utilisant des équipements obsolètes. Cela prendrait plus de temps que le précédent fournisseur de Huawei, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, cela coûterait plus cher et cela pourrait ne pas fonctionner. Mais c’était une chance. Huawei a contacté SMIC pour créer un nouveau smartphone « système sur puce », nom de code Charlotte.
Les chances étaient contre les deux sociétés. En décembre 2020, SMIC a rejoint Huawei sur la liste des sanctions américaines, ce qui signifie que toute entreprise souhaitant vendre une technologie à SMIC aurait besoin de l’autorisation de Washington.
Pour construire Charlotte, SMIC a dû faire face à un processus avancé qu’elle ne connaissait pas et à de nouvelles restrictions sur l’acquisition et la gestion d’équipements complexes. Un dirigeant d’une société de puces proche de SMIC l’a comparé à « mesurer un éléphant dans le noir ».
Les gens essaient le nouveau smartphone Mate 60 dans le magasin phare de Huawei à Pékin © Kevin Frayer/Getty Images
Pourtant, près de trois ans plus tard, en août 2023, un nouvel appareil Huawei a été discrètement dévoilé au public : le téléphone de la série Mate 60, alimenté par Charlotte – désormais connu sous le nom de puce Kirin 9000S.
Malgré les obstacles, le Kirin 9000S offrait des performances comparables à celles des puces de Qualcomm vieilles d’un ou deux ans, selon diverses équipes de test.
Le Mate 60 s’est envolé des étagères en Chine, et le retour des puces Huawei après des années de sanctions a été applaudi avec enthousiasme par les nationalistes et les fans de technologie.
Aux États-Unis, la confusion régnait sur la façon dont Huawei avait surmonté les sanctions pour produire les puces. Jake Sullivan, conseiller à la sécurité nationale des États-Unis, a déclaré que l’Amérique avait besoin d’obtenir « plus d’informations » sur le Kirin 9000S.
« Le fait le plus surprenant à propos de la percée de Huawei est peut-être que tant de dirigeants du gouvernement américain ont été évidemment surpris », a écrit Gregory Allen, directeur du Wadhwani Center for AI and Advanced Technologies, dans un rapport approfondi sur le nouveau téléphone de Huawei.
Ni Huawei ni SMIC n’ont donné d’indices sur la façon dont ils ont accompli l’exploit. Mais des entretiens avec des dizaines d’initiés et d’experts de l’industrie offrent l’aperçu le plus proche à ce jour de la façon dont les entreprises ont investi de vastes ressources dans le projet, avec le soutien de l’État chinois, pour maintenir leur part de marché – et ont maintenant ouvert la porte à des avancées dans la production de puces d’IA de pointe.
La question de savoir s’ils peuvent maintenir cet élan déterminera si la Chine peut soutenir son industrie des semi-conducteurs et atteindre la suprématie technologique mondiale dans un contexte de défis géopolitiques actuels. Le Kirin 9000S est-il la preuve que le pays peut encore rivaliser avec ses rivaux, malgré les sanctions ? Ou les entreprises ont-elles simplement capturé la foudre dans une bouteille ?
La plupart des sources qui ont parlé au Financial Times ont demandé à rester anonymes en raison de la sensibilité de l’industrie des semi-conducteurs.
Des machines moins performantes
L’une des références les plus largement reconnues dans la fabrication de puces est le 7 nanomètres. Bien qu’il s’agisse ostensiblement d’une référence à la taille du nœud de processus, il s’agit d’un raccourci de l’industrie pour désigner une technologie de pointe permettant de produire les puces hautes performances qui alimentent les smartphones et les centres de données.
L’A12 au cœur de l’iPhone XS d’Apple et le Dojo D1 qui alimente la conduite semi-autonome de Tesla ont tous deux été produits à l’aide du processus 7 nm de TSMC.
SMIC proposait deux versions du procédé 7 nm, le N+1 et le N+2 amélioré. Selon plusieurs personnes familières avec la situation, la puce Kirin 9000S est produite en N+2.
Mais alors que des entreprises comme TSMC et Samsung ont utilisé des équipements de lithographie dans l’ultraviolet extrême (EUV) pour construire ces puces, SMIC a utilisé des machines à ultraviolet profond (DUV) moins efficaces, selon les experts et les analystes de l’industrie.
« Au début, c’était à cause des limites budgétaires », explique un expert en semi-conducteurs familier avec le processus de développement de la technologie SMIC. « L’EUV est très cher, et le processus avancé de SMIC a des générations de retard sur TSMC, ce qui l’a laissé sans beaucoup de clients et de revenus. »
La lithographie, qui consiste à graver des circuits électriques dans des plaquettes de silicium, est fondamentale pour la fabrication de puces. Les machines de lithographie plus avancées offrent une résolution plus élevée, ce qui signifie des lignes plus fines et plus de détails, ce qui permet aux puces d’être plus petites.
Les deux machines peuvent atteindre des processus de 7 nm, mais l’EUV est plus efficace et plus précis, ce qui réduit le gaspillage.
SMIC a utilisé des machines DUV pour répéter les étapes de fabrication de puces que d’autres ont faites avec des unités EUV, afin d’augmenter la densité des transistors. Mais cela a eu un effet délétère sur le taux de rendement, qui mesure la proportion de puces fonctionnelles par rapport aux puces défectueuses sur chaque plaquette.
Composants d’un smartphone Huawei Mate X5, dont une puce Kirin 9000s fabriquée en Chine par SMIC © James Park/Bloomberg
Selon ASML, le fabricant néerlandais de machines de lithographie, il faut 34 étapes de lithographie pour atteindre 7 nm sur les machines DUV, contre seulement neuf étapes avec l’EUV. Les étapes de production supplémentaires entraînent des coûts de production plus élevés et des rendements plus faibles.
À chaque étape supplémentaire, de plus en plus de puces seraient jetées et les coûts d’équipement augmenteraient, explique Brady Wang, analyste des semi-conducteurs chez Counterpoint. Davantage de composants et de matériaux sont également consommés. Mais ce qui a commencé comme un expédient budgétaire est devenu une nécessité après le blocage de l’équipement EUV que SMIC avait commandé à ASML en 2019, selon trois personnes familières avec la situation.
La machine de lithographie avancée est soumise à l’Arrangement de Wassenaar, un accord multilatéral de contrôle des exportations formé par plus de 40 pays pour restreindre la vente de produits qui pourraient avoir un double objectif militaire.
SMIC a réussi à rassembler les équipements des usines existantes et ceux reçus avant les sanctions de Washington pour maintenir la chaîne de production 7 nm en marche, selon deux sources proches des fournisseurs de SMIC.
Mais cela l’a laissé sans le support supplémentaire qu’ASML fournit généralement aux clients de ces machines très complexes. « La situation est rude », déclare un dirigeant d’une société de puces proche de SMIC. « En gros, pas de mises à jour logicielles et pas d’ingénieurs de l’usine d’équipement pour effectuer les services de maintenance. »
Les responsables américains ont été surpris que SMIC ait pu acquérir les pièces de rechange et les services techniques nécessaires pour maintenir son usine de production de 7 nm opérationnelle même après les contrôles à l’exportation, a déclaré Allen.
Les sanctions occidentales ont empêché la Chine d’importer l’équipement de lithographie EUV d’ASML pour la fabrication de puces avancées © ASML
Des initiés de l’industrie proches de SMIC reconnaissent qu’il est possible que certains équipements aient été obtenus en violation des contrôles à l’exportation. Le fabricant américain d’équipements de semi-conducteurs Applied Materials fait déjà l’objet d’une enquête pour des violations potentielles des restrictions à l’exportation, selon Reuters.
Applied Materials a déclaré dans une déclaration aux agences de presse qu’elle « coopère avec le gouvernement et reste attachée à la conformité et aux lois mondiales, y compris les contrôles à l’exportation et les réglementations commerciales ». L’AMAT n’a pas répondu à une demande de commentaire.
À tout prix
Les fabricants de puces s’associent généralement à des sociétés de conception de puces pour tester l’équipement et les processus de fabrication dans une nouvelle installation. Ainsi, par exemple, TSMC collaborera avec Apple sur les puces produites sur sa ligne de traitement 3 nm.
Pour les lignes de production 7 nm améliorées de SMIC, Huawei a été le cobaye. Mais le fabricant de combinés a apporté des revenus et une validation à SMIC, et a joué un rôle crucial dans la redéfinition de plusieurs facettes de la chaîne de production, selon trois initiés familiers avec les installations de SMIC. « Les ingénieurs de Huawei sont partout dans l’usine SMIC de Shanghai », explique l’un d’eux.
Le SMIC a également sollicité de l’aide à l’extérieur du pays. Les Américains n’ont pas le droit de travailler pour les fabricants de puces avancés chinois, en raison des contrôles à l’exportation, mais selon deux ingénieurs en puces familiers avec SMIC, il a également employé des experts de Taïwan, du Japon, de Corée du Sud et d’Allemagne dans le but d’améliorer la productivité.
« Ces experts étrangers apportent leur savoir-faire technique sur des procédés avancés qu’ils ont acquis auprès d’autres fonderies », explique l’un des ingénieurs.
« Le processus 7 nm comporte des milliers d’étapes à améliorer », explique le deuxième ingénieur. « Même aux petites heures du matin, je devais répondre au téléphone à l’usine parce qu’il pouvait s’agir d’une ou deux améliorations critiques. »
Selon une source familière avec l’équipe de conception de puces de Huawei, lorsque SMIC a reçu la commande du Kirin 9000S, elle ne disposait pas d’une équipe capable d’aider les ingénieurs de conception de puces à adapter leurs conceptions aux spécifications de processus des différentes fonderies. Huawei a dû s’adapter par ses propres moyens.
Les rendements de production du Kirin 9000S restent entourés de mystère, ni Huawei ni SMIC n’ayant fait de déclarations publiques à ce sujet. Une personne proche de la production du Kirin 9000S à ses débuts affirme que le Kirin 9000S a atteint des rendements de plus de 30 % pendant la phase de production en volume risquée, l’étape précédant la production de masse.
La personne décrit cela comme un « chiffre positif dans des conditions difficiles », mais note qu’il s’agit « d’au moins deux fois plus de coûts par rapport à une ligne de production avec un rendement de 90 %, la référence idéale pour la fabrication de puces mobiles ».
Les experts de l’industrie estiment que le financement de l’État chinois a compensé les coûts excessifs de production des puces. Huawei a reçu 6,55 milliards de yuans (948 millions de dollars) du gouvernement chinois en 2022, soit plus du double du montant de l’année précédente, selon le rapport annuel de la société. SMIC a reçu 6,88 milliards de yuans de subventions de l’État au cours des trois dernières années, avec un soutien supplémentaire du Fonds d’investissement de l’industrie des circuits intégrés de Chine en tant qu’actionnaire principal.
« L’État chinois a apparemment décidé que payer l’énorme facture de cet effort en valait la peine », a déclaré Douglas Fuller, un expert de l’industrie chinoise des semi-conducteurs.
Prochaine étape, l’IA
Le Kirin 9000S a fait des vagues en Chine, permettant à Huawei de récupérer les parts de marché perdues. Les experts de l’industrie prédisent qu’il augmentera la production de smartphones alimentés par des puces Kirin ; Jeff Pu, analyste chez Haitong International Securities, estime que jusqu’à 70 millions de smartphones basés sur Kirin pourraient être fabriqués d’ici la fin de 2024.
Cependant, SMIC et Huawei ont revu leurs ambitions à la hausse, en élaborant un plan visant à augmenter la production de puces pour les systèmes d’intelligence artificielle en réponse au durcissement des restrictions imposées par Washington sur les ventes de puces haute performance à la Chine.
Les dirigeants des géants chinois de l’Internet tels que Tencent et Alibaba ont reconnu les difficultés auxquelles ils sont confrontés pour s’approvisionner en puces haute performance, ce qui les a amenés à envisager des alternatives locales.
La série de puces d’IA Ascend de Huawei a été présentée par les analystes de l’industrie comme un remplacement potentiel des unités de traitement graphique Nvidia, même si leurs performances globales sont à la traîne par rapport à celles du groupe américain.
Le stand de Tencent à la Conférence mondiale sur l’IA en juillet. Des sources proches de Huawei affirment que le géant de l’Internet, qui a des difficultés à s’approvisionner en puces hautes performances, a acheté des puces Ascend 910b pour des essais à petite échelle © Wang Zhao/AFP/Getty Images
Jusqu’à l’introduction de sanctions en mai 2020, Huawei vendait des puces Ascend AI fabriquées par TSMC. Aujourd’hui, plusieurs sources proches de l’entreprise dis-le qu’elle a relancé les gammes de produits, avec des puces de centre de données nouvellement conçues fabriquées par SMIC.
Trois sources proches de Huawei affirment que les géants de l’Internet Tencent, Baidu et Meituan ont acheté des puces Huawei Ascend 910b pour des essais à petite échelle. Deux personnes proches de SMIC affirment que l’usine de puces travaille déjà à l’expansion de la capacité de production de 7 nm pour les puces Huawei de précommande et au développement du nœud de processus 5 nm plus avancé.
L’objectif de production de l’Ascend 910b pour l’année prochaine a plus que doublé par rapport à 2023, avec plus de 200 000 puces qui devraient être produites, selon les deux personnes.
Mais là, Huawei et SMIC doivent surmonter des défis importants dans le processus de fabrication des puces de centre de données avant de pouvoir commencer à prendre des parts de marché à Nvidia.
Les puces d’IA sont plus grandes que les processeurs des smartphones et donc plus susceptibles d’être défectueuses en raison d’erreurs de production. Selon une source proche du côté de la production, le taux de rendement actuel des puces Ascend 910 b de Huawei n’est que d’un peu plus de 20%, ce qui signifie que près de quatre puces produites sur cinq sont défectueuses.
L’expansion de la production de SMIC devrait rencontrer plus de difficultés qu’il y a trois ans en raison des restrictions imposées par les États-Unis, le Japon et les Pays-Bas. Les machines DUV les plus avancées d’ASML, que SMIC a utilisées pour les puces développées et plus anciennes, ont été incluses dans les contrôles à l’exportation néerlandais et américain.
ASML a déclaré qu’elle « se conforme à toutes les règles et réglementations applicables en matière de contrôle des exportations » et que ses clients sont conscients qu’à partir de 2024, il est « peu probable que nous recevions des licences d’exportation pour ces systèmes destinés à être expédiés à des clients chinois nationaux ».
Mais les fournisseurs de SMIC affirment que la société a reçu un nouveau lot de DUV avancés d’ASML avant que les États-Unis ne durcissent les contrôles à l’exportation, ce qui signifie qu’une accélération de la production et du développement technologique est encore possible au cours des deux à trois prochaines années.
« Une grande partie de l’équipement ici est encore constituée de produits américains et japonais que SMIC a stockés en 2020 », explique l’une des personnes.
Cependant, les experts et les analystes de l’industrie pensent que SMIC pourrait manquer d’équipement, de maintenance et de fournitures de matériaux avant de pouvoir fabriquer des puces avancées.
« Certains stocks de pièces de machines s’épuiseront d’ici deux à trois ans, sans remplacement par des entreprises locales et avec une part minime des achats sur le marché noir », explique Leslie Wu, consultant indépendant sur l’industrie chinoise des semi-conducteurs.
« Il n’y a pas de réponse appropriée aux restrictions sur les composants », dit-il. « Ce serait un énorme problème... [si] les pièces stockées s’épuisent avant l’apparition de l’alternative nationale. Huawei et SMIC n’ont pas répondu aux demandes de commentaires.
Champions nationaux
Huawei et SMIC peuvent au moins être sûrs du soutien de l’État alors qu’ils tentent de suivre les leaders de l’industrie. Un responsable gouvernemental de l’industrie des semi-conducteurs a déclaré que l’objectif actuel était d’établir des lignes de production de puces de pointe « à tout prix ».
« Une chaîne d’approvisionnement stable en puces est l’épine dorsale des systèmes de calcul haute performance. Il est crucial pour l’industrie chinoise du calcul haute performance de maintenir sa dynamique de développement, en particulier avec les tensions commerciales et les restrictions imposées par le gouvernement américain », a déclaré le responsable.
Depuis la création du Fonds d’investissement chinois pour l’industrie des circuits intégrés en 2014, Pékin a nourri son industrie des micropuces grâce à des fonds publics. Le fonds d’investissement a amassé 47 milliards de dollars au cours de la dernière décennie et devrait lever 41 milliards de dollars supplémentaires, renforçant ainsi la quête d’autosuffisance technologique de la Chine.
Un rapport du cabinet d’études JW Insights, qui a analysé les investissements gouvernementaux de 25 provinces et régions, a révélé que le gouvernement avait investi 290,8 milliards de dollars dans les secteurs liés aux semi-conducteurs en 2021 et 2022, dont un tiers pour les équipements et matériaux liés aux semi-conducteurs.
La raison d’être de cet investissement massif est simple : se libérer de la forte dépendance aux importations, s’implanter plus solidement dans la chaîne d’approvisionnement mondiale et priver les États-Unis de la capacité à déconnecter une partie considérable de l’économie industrielle et de la défense de la Chine.
« Si vous importez la plupart de vos puces, vous n’êtes pas une superpuissance manufacturière », explique Chris Miller, auteur de Chip War. « Vous ne faites qu’assembler des composants de grande valeur produits ailleurs. »
Le ministère chinois de la Sécurité d’État semble être d’accord, écrivant sur son compte WeChat : « Ce n’est qu’en tenant les technologies de base entre nos mains que nous pouvons vraiment prendre l’initiative dans la compétition et le développement, et assurer fondamentalement la sécurité nationale, dans l’économie, la défense et plus encore. »
Cette ambition de sortir de la dépendance à l’égard des technologies étrangères repose sur les épaules de Huawei et de SMIC. Le lancement réussi du Kirin 9000S a insufflé une nouvelle vigueur à l’industrie des semi-conducteurs, les dirigeants signalant que les start-ups de puces connaissent une augmentation du financement.
Mais les ambitions à long terme de Huawei ne se limitent pas aux marchés dans l’orbite de la Chine. Le surnom original du Kirin 9000
Publié le 30 Novembre 2023 par Qianer Liu sur ft.com
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