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Pourquoi nous ne pouvons pas sortir de la pénurie de semi-conducteurs – High-teK.ca

Si vous datez la pénurie de semi-conducteurs du lancement d’Ampère de Nvidia l’année dernière – et pour les passionnés, du moins, je pense que c’est à ce moment-là que le marteau a vraiment chuté – nous sommes maintenant coincés dans une pénurie de semi-conducteurs depuis huit mois. La pénurie liée à la pandémie est survenue dans la foulée d’une crise spécifique à Intel Pénurie de processeur en 2018 et en 2019, et plusieurs pénuries de GPU remontent à 2016. Pourquoi n’avons-nous pas déjà résolu ce problème ?

La réponse à cette question est ancrée dans les longs délais et les coûts élevés auxquels sont confrontés les fabricants de semi-conducteurs, ainsi que dans les conséquences à long terme de certaines mauvaises prévisions commerciales d’il y a 10 à 15 ans. Premièrement, aucune partie du fabrication de semi-conducteurs Le processus est rapide et de nombreuses étapes nécessitent des installations de salle blanche capables de maintenir un nombre de particules bien inférieur à celui même d’un bloc opératoire. Les usines qui fabriquent des microprocesseurs sont généralement appelées fonderies de semi-conducteurs. Ils coûtent entre 10 et 20 milliards de dollars et peuvent prendre 3 à 5 ans pour être construits.

Les pénuries de GPU avant 2020 ont été causées par des rendements initialement limités sur les GPU 16 nm (2016) et la demande liée à la crypto-monnaie (2017-2018). Les causes des pénuries de CPU d’Intel étaient un peu plus complexes. Au début de la décennie, Intel prévoyait d’augmenter de manière agressive les expéditions de processeurs en s’orientant vers des installations mobiles et de construction comme Fab 42 pour répondre à la demande prévue. Lorsque l’entreprise a choisi de quitter le marché mobileil a mis en pause le construction de Fab 42. Cela aurait pu être bien si Intel n’avait pas eu de difficulté à passer à 10 nm, mais les problèmes de l’entreprise sur ce nœud l’ont obligée à expédier des processeurs avec des matrices de plus en plus grandes sur 14 nm. Dans le même temps, la demande accrue des centres de données a entraîné les expéditions des plus grands processeurs Xeon d’Intel.

De 2018 à 2020, Intel a installé de nouveaux équipements 14 nm dans les usines existantes, transféré certaines activités à TSMC et terminé Fab 42, qui a été mis en ligne fin 2020. La capacité supplémentaire à 14 nm et 10 nm a aidé Intel à augmenter les expéditions de PC et à conserver ses produits de vente au détail. sur les étagères des magasins. Intel a récemment averti que ses expéditions pourraient être quelque peu limitées au deuxième trimestre, mais la disponibilité globale des processeurs et des systèmes Intel a été robuste à ce jour.

Les pénuries d’aujourd’hui étaient longues à venir

Pour comprendre les contraintes de capacité qui entravent la production aujourd’hui, nous devons revenir 20 ans en arrière jusqu’à l’introduction par Intel des tranches de 300 mm en 2001. La capacité de traiter des tranches plus grandes a donné à Intel un avantage en matière de débit de fabrication par rapport à des entreprises comme AMD, dont les fonderies traitaient encore des tranches de 200 mm. L’avantage des tranches de 300 mm était suffisamment important pour que les experts de l’industrie au milieu des années 2000 pensaient que les installations de 200 mm finiraient par être fermées. Cela ne s’est pas vraiment produit. Bien qu’il y ait eu quelques fermetures, le nombre d’installations de 200 mm a en fait augmenté ces dernières années. L’une des raisons en est que le besoin des anciens nœuds de processus n’a jamais disparu.

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À mesure que les géométries de processus sont devenues plus petites, elles sont devenues plus spécialisées. La structure de transistor FinFET utilisée par Intel, TSMC, GlobalFoundries et Samsung est la mieux adaptée à la construction de microprocesseurs hautes performances. C’est pourquoi GF maintient le 22FDX comme alternative au FinFET, qui, selon lui, est mieux adapté à certains types d’appareils à faible consommation. De nombreux appareils analogiques, pilotes d’affichage, MEMS (MicroElectroMechanical Systems), circuits intégrés de gestion de l’alimentation et puces RF continuent tous à être construits sur des nœuds plus anciens à ce jour, souvent dans des fonderies exécutant des outils entièrement amortis dans une entreprise à faible marge et à haut profit.

Les entreprises ont parfois cessé de pousser à l’avant-garde parce que le coût des nouvelles conceptions de puces ne cessait d’augmenter à chaque cycle tandis que les améliorations qu’un nouveau nœud pouvait offrir sont devenues plus petites, même pour les puces qui sont adapté aux transistors FinFET. Pour les puces qui ne l’étaient pas, il n’y avait aucune raison de bouger du tout – et en conséquence, une forte demande continue pour la fabrication de 200 mm.

Au milieu des années 2010, les nouvelles installations de 200 mm qui ont ouvert ont recyclé les anciens équipements de 200 mm qui avaient été désinstallés et vendus par une autre fonderie. Ce n’était pas suffisant pour répondre à la demande existante, mais il a fallu un certain temps aux fabricants d’outils pour semi-conducteurs pour accepter qu’il existait un véritable marché pour les nouveaux outils de 200 mm. La croissance des expéditions 5G, automobile et IoT a contribué à maintenir la pression sur le marché de la fonderie d’une manière que les experts de l’industrie n’avaient pas prévue en 2005 ou 2010, et cela signifie qu’il n’y avait pas beaucoup de mou sur les marchés de 200 mm ou de 300 mm pour commencer. Puis la pandémie a frappé et les constructeurs automobiles ont réduit leurs commandes. TSMC a alloué cette capacité à d’autres sociétés. L’industrie automobile, qui apparemment n’a pas compris il faut plusieurs mois pour fabriquer un microprocesseur, n’a pas donné à la fonderie un délai suffisant pour redimensionner la fabrication.

La plupart des entreprises dont nous parlons chez ET sont à la pointe de la technologie. Intel, Samsung et TSMC dominent les revenus des puces. Posséder des fonderies peut être assez lucratif si vous avez l’échelle pour le faire. Image par Bloomberg.

La forte demande a convaincu les fabricants d’outils de recommencer à construire du matériel de 200 mm, et de nouvelles fonderies déjà en construction seront mises en ligne d’ici 2023, mais cela prendra quelques années de retard pour atténuer notre pénurie. La production totale de plaquettes de 200 mm devrait augmenter de 221 000 plaquettes par mois en 2021, de sorte que les fonderies installent activement des équipements et mettent en ligne de nouvelles capacités de fabrication.

Le marché des semi-conducteurs connaît aujourd’hui des pénuries, en partie parce que certaines parties du marché du 200 mm tournaient à vide avant même le début de la pandémie. Les pénuries de 300 mm sur les nœuds de pointe tels que 5 nm et 7 nm sont motivées par une forte demande de téléphones, de consoles de jeux, de processeurs, de GPU et d’autres silicium hautes performances. Il y a eu des rapports de faibles rendements en ce qui concerne Nvidia et Samsung, mais il existe également des preuves d’une forte demande de crypto-monnaie. Les vendeurs de PC de boutique ont eu plus de chance d’obtenir des GPU à des prix raisonnables, mais le marché de détail a été affamé de pièces. Cette tendance pourrait avoir des conséquences négatives à long terme pour le jeu sur PC en tant que passe-temps, en particulier dans le Marché du bricolage/amateur.

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La PS5 et la Xbox Series S|X méritent une mention spéciale. Microsoft et Sony se maintiendraient à peu près stables avec leurs performances de vente de la dernière génération, avec la PlayStation 5 légèrement surperformant la PS4. Il n’est pas clair si Sony et Microsoft ont chacun choisi indépendamment de ne correspondre qu’à leurs déploiements de génération précédente ou si TSMC les a limités à la capacité qu’ils avaient exploitée pour la Xbox One / PlayStation 4. Des pénuries de composants de bas niveau pourraient également freiner la production de l’une ou des deux plates-formes.

La thésaurisation cause ses propres problèmes

Nous constatons également sans aucun doute l’impact de la thésaurisation du silicium sur le marché. Imaginez que vous construisez un véhicule à 50 000 $ que vous ne pouvez pas vendre parce que vous n’avez pas assez de jetons à 5 $, comme ce qui s’est passé récemment à GM. TSMC a indiqué il y a quelques mois qu’il essaierait d’augmenter ses livraisons aux clients automobiles, mais qu’il privilégierait les autres clients pour le faire. Ces deux situations exercent une énorme pression sur les entreprises pour 1). Achetez autant de jetons que possible pendant la fenêtre limitée où les jetons sont disponibles et/ou 2). Passez à d’autres sources.

Le problème avec les sources alternatives dans la fabrication de semi-conducteurs est que cela peut prendre 6 à 12 mois pour déplacer une conception de Samsung vers TSMC (ou vice-versa) et des semaines ou des mois pour qualifier une puce fabriquée par un autre fournisseur. Le deuxième approvisionnement n’est une option viable que pour certaines entreprises, parfois. Étant donné que la plupart des fonderies subissent une pression énorme pour expédier tout ce qu’elles peuvent fabriquer, la plupart des sources alternatives sont elles-mêmes sollicitées. Les entreprises qui ont la capacité d’épargner sont celles qui fabriquent des produits de niche spécialisés qui ne voient pas beaucoup d’augmentation de la demande. Cette capacité ne peut pas être rééquipée à d’autres fins dans un laps de temps raisonnable. Malgré tout, certains signes indiquent que les fonderies de premier rang souhaitent externaliser la production de certaines puces bas de gamme afin de détourner la ligne à un autre client.

La thésaurisation aggrave les pénuries à court et à moyen terme. Les entreprises et les clients doivent regagner la confiance que les pièces seront disponibles à la demande et cela prend du temps. Dans le cas spécifique du marché des semi-conducteurs, cela pourrait amener les fonderies à surestimer les besoins futurs en micropuces, entraînant une surcapacité. Les fonderies sont extrêmement coûteuses à construire et coûtent très cher à entretenir et à faire fonctionner. Les installations doivent être maintenues 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 et nécessitent des semaines d’inspection minutieuse avant de pouvoir être remises en ligne après une panne de courant.

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Intel préférerait de beaucoup interrompre la construction d’une usine pendant plusieurs années plutôt que de la terminer et devoir payer l’entretien opérationnel complet d’une installation qui n’est pas nécessaire. Cela rend généralement les fonderies prudentes quant à l’annonce de futurs plans d’expansion, c’est pourquoi les rondes de surenchère de TSMC, Intel et Samsung concernant les dépenses de R&D au cours de la prochaine décennie ont été si inhabituelles.

Enfin, des pénuries de composants de faible niveau empêchent les entreprises de fabriquer des biens primaires. Les pénuries de résines comme ABF (Film de montage Ajinomoto) peuvent eux-mêmes ralentir la production. L’ensemble de l’industrie est coincée dans une situation « à défaut d’un clou », et elle s’étend le long de la chaîne d’approvisionnement jusqu’au niveau de fidélité que vous souhaitez examiner.

Tout ajouter

Résumer:

Les fonderies ne peuvent pas construire de puces plus rapidement car chaque étape du processus de fabrication du silicium est un exercice de patience. Le marché est dans la position où il se trouve car la demande pour certains types de silicium a augmenté d’une manière que l’industrie n’avait pas prévue il y a plus de 10 ans. Il n’y a pas de solution immédiate à ce problème en raison du temps qu’il faut pour mettre en ligne de nouvelles fonderies. Pénuries de thésaurisation

Ce que nous voyons ici n’est pas « seulement » la pandémie. C’est la pandémie, la demande de crypto-monnaie, l’adoption accrue de l’IA sur de nombreux marchés et la croissance des stations de base 5G et des livraisons de maisons intelligentes. Une voiture contient aujourd’hui beaucoup plus de puces qu’il y a 20 ans, ce qui augmente la quantité de silicium nécessaire par véhicule.

Il est peu probable que cette pénurie de semi-conducteurs se résolve de façon spectaculaire en un seul jour. Il s’atténuera progressivement au fil du temps à mesure que les livraisons de produits et la demande des consommateurs s’aligneront plus étroitement. Les mineurs Ethereum de deuxième génération de Nvidia peuvent aider à réduire la demande de cartes GeForce, par exemple. Une future PlayStation 5 construit sur 6nm pourrait aider Sony à augmenter la disponibilité. Les fonderies augmentent leurs expéditions sur des périodes de 6 à 12 mois et les rendements des pièces ont également tendance à s’améliorer, nous devrions donc voir une augmentation continue de la production au cours de 2021 à partir de ces sources également.

Image caractéristique par Intel.

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