Semi-conducteurs: une guerre mondiale technologique

Avec seulement 10 à 15 % de la production mondiale de semi-conducteurs, l’Europe est à la traîne. De quoi créer un “malaise” chez la chancelière allemande Angela Merkel qui relève le risque que présente cette “très grande dépendance” vis-à-vis de l’Asie. Des projets existent pour doubler les capacités de production de ce nouvel or technologique sur le Vieux Continent d’ici 2030.

Rouvrir des mines en Europe ?

Mais est-ce la voie à suivre ? Ce sera en tout cas “compliqué”, selon Jean-Pierre Raskin, professeur à l’École polytechnique de Louvain (UCLouvain). Le problème n’est pas technique, mais plutôt de cohérence politique. “L’Union européenne ambitionne d’être neutre en carbone d’ici 2050. Or, si on veut avoir une certaine indépendance dans cet accès aux puces, il faudrait rouvrir des mines en Europe. Notre sous-sol comprend tous les minéraux nécessaires à la fabrication de ces semi-conducteurs, mais leur extraction est extrêmement polluante. Depuis trente ans, on ne veut plus voir notre pollution et on préfère la délocaliser.”

“On a cambriolé nos puces”

Le projet viserait aussi à investir des milliards dans des “fonderies” européennes, où l’on produit les puces, alors que celles-ci ont massivement été délocalisées vers Taïwan, la Corée ou la Chine. “Cela pose aussi un problème social”, poursuit Jean-Pierre Raskin qui planche, avec une série de spécialistes européens, sur une autre stratégie. “On le voit avec cette nouvelle crise, on arrive au bout du système. Mais comme souvent, on va devoir aller jusqu’à la dernière limite pour comprendre que ce n’est plus possible.”
Selon le spécialiste, cette tension sur l’accès aux puces ne va ainsi faire que s’accroître dans le futur. “La demande d’objets électroniques explose, surtout en Chine, et l’offre, qui n’est désormais plus assurée que par quelques mastodontes asiatiques, n’arrive plus à suivre. La crise actuelle était prévisible. Cela fait maintenant deux ans qu’on a des cambriolages répétés dans nos laboratoires car on possède des processeurs relativement puissants. Le rapport de la police explique que des commandes sont faites pour aller chercher des semi-conducteurs là où ils sont.”

Réutiliser plutôt que jeter

Pour M. Raskin, il est urgent de changer de paradigme. “Il faut passer d’une logique linéaire, de l’obsolescence programmée, à une économie circulaire où l’on réutilise ces puces. Une puce peut fonctionner plusieurs dizaines d’années sans aucun problème, mais actuellement, elles sont placées de telle manière dans les objets électroniques qu’il est quasiment impossible de les désassembler. Par exemple, un téléphone portable vit 18 mois avant de partir en container vers on ne sait où et sa puce meurt avec lui.”

L’échec du recyclage

Selon les spécialistes, plutôt que d’investir massivement dans des mines ou des fonderies, les Européens auraient tout intérêt à se spécialiser dans ce modèle de réutilisation de puces. “L’Europe a été au top et le reste dans la recherche en matière de nanoélectronique, mais la production est partie vers l’Asie. On doit prendre le prochain train et investir dans une électronique plus modulaire, réutilisable. Il faut partir de la base : revoir la conception d’un objet pour qu’on puisse le démonter à la fin de sa vie, qu’on soit capable de réparer ses différents éléments ou les réutiliser pour d’autres fonctions.”
Attention, réutiliser ne signifie pas recycler. “Le recyclage, c’est-à-dire broyer une puce pour en extraire les minéraux, a montré ses limites. Dans un semi-conducteur, on utilise 60 éléments du tableau de Mendeleïev. Or, le belge Umicore, qui est à la pointe dans le domaine, ne peut séparer que 17 éléments de ces puces et seulement quatre sont économiquement rentables.”

La voiture autonome est une “catastrophe”

Enfin, Jean-Pierre Raskin pose la question de la consommation quotidienne de ces puces. “A-t-on vraiment besoin de tous ces objets connectés qu’on nous vend à longueur de journée ? Moi, cela me va de lancer ma lessive en appuyant sur deux boutons, plutôt que de la programmer avec mon smartphone à deux mètres de là. On ne vit pas plus mal sans tous ces gadgets. Je pense qu’on ne manque pas de défis et qu’on a autre chose à faire de nos ressources limitées. La voiture autonome qu’on nous présente comme le Graal est une catastrophe en terme environnemental avec toutes ses puces intégrées et ces ondes. Il faut une prise de conscience de l’impact qu’ont nos achats.”

S’inspirer des modèles économiques des box Wi-Fi

Dans cette même idée, le professeur estime qu’il faudrait passer à un modèle de la fonctionnalité plutôt que celui de la vente d’un objet. “On devrait, par exemple, vendre trois ans de téléphonie mobile, smartphone inclus, comme on le fait avec la box Wi-Fi qui est récupérée en fin de contrat par le fournisseur. Croyez-moi qu’avec cette logique, l’industriel fera tout pour que son téléphone vive le plus longtemps possible et essayera de récupérer un maximum de son matériel. Il n’y aura plus aucun intérêt d’avoir cette obsolescence programmée qui nous mène droit dans le mur.”

Sur la scène mondiale des semi-conducteurs, on a les géants de l’industrie électronique, les fournisseurs de composants, les fabricants. Au début de cette chaîne, on trouve aussi les concepteurs, ceux qui cherchent et développent de nouvelles puces, toujours plus petites, innovantes et performantes.

Beaucoup de personnes l’ignorent encore mais la Belgique, dont les atouts en matière de R&D sont reconnus au niveau international dans de nombreux domaines (comme la biopharmacie et les biotechnologies), possède le plus grand centre de recherche high-tech au monde. Son nom ? Institut de recherche interuniversitaire flamand en microélectronique et nanotechnologies ou Imec. Créé au départ de la KU Leuven en 1984, il compte aujourd’hui 4 555 chercheurs actifs à Louvain, Gand et Anvers, mais aussi à l’étranger, et réalise un chiffre d’affaires supérieur à 600 millions d’euros. Chaque année, le gouvernement flamand y investit plus de 100 millions.

Début mai, Thierry Breton, commissaire européen chargé, entre autres missions, de renforcer la souveraineté technologique de l’Union européenne, n’a pas tari d’éloges sur l’Imec. “Le meilleur institut de recherche sur les puces est ici en Belgique”, a-t-il déclaré selon des propos repris dans De Standaard. Et l’ex-patron du groupe Atos d’ajouter que l’institut flamand a trois à cinq ans d’avance sur le reste du monde dans la recherche fondamentale sur les puces. Venant d’un Français, le compliment vaut son pesant d’euros !

Des puces “neuromorphes”

L’Imec travaille, depuis ses débuts, avec les plus grandes entreprises mondiales de la micro/nanoélectronique (comme Intel, Samsung, etc.). Il a acquis une expertise dans la façon d’anticiper les besoins des entreprises dans ce domaine de pointe.

“Les chercheurs de l’Imec travaillent sur les puces du futur”, explique Mieke De Ketelaere, directrice de la stratégie en matière d’intelligence artificielle (IA) au sein de l’Imec-IDLab et auteure du livre Homme versus machine. L’intelligence artificielle démystifiée (voir La Libre datée du 20 mai). Il s’agit notamment de puces “neuromorphes”, c’est-à-dire des puces qui, à l’image de l’œil humain, ne consomment de l’énergie que lorsqu’il y a un changement de pixel. L’objectif est de réduire drastiquement la consommation d’énergie.”

Mieke De Ketelaere note que, par le passé, ce sont les puces et leur amélioration constante qui ont permis à l’IA de progresser. Les puces de type CPU et GPU, par exemple, n’ont pas été créées spécifiquement pour l’IA mais elles l’ont aidée. “Aujourd’hui, on assiste à un bouleversement dans la mesure où c’est l’IA qui force les puces à devenir beaucoup plus sophistiquées et diversifiées.”

L’un des principaux enjeux consiste à développer des puces capables d’offrir un équilibre optimal entre vitesse de calcul et consommation d’énergie. On parle, à présent, de TPU (Tensor Processing Unit, technologie que l’on doit aux chercheurs de Google). Dans le domaine de l’IA, les puces, qui réalisent des milliards de calculs à grande vitesse, sont très énergivores. Et ça, sans parler des capacités de stockage et de mémoire dont ont besoin les systèmes d’IA (comme les “réseaux de neurones”). “Nous implantons, aujourd’hui, des transistors à une échelle tellement réduite que nous nous heurtons aux limites de la physique. Nous devons donc chercher d’autres voies pour améliorer la technologie, comme de nouveaux matériaux ou de nouvelles manières de construire des micropuces”, conclut l’experte de l’Imec.