Les usines de puces sont devenues parmi les bâtiments les plus coûteux jamais construits. Les machines à l'intérieur coûtent en fait plus cher que les murs qui les entourent.
Daniel Ceng / Anadolu via Getty Images
Les entreprises continuent d'annoncer des usines de puces qui coûtent des milliards, et chaque chiffre semble également énorme. La majeure partie de cet argent ne va pas dans le bâtiment. Il va dans les machines à l'intérieur, et c'est la partie de la facture qui distingue réellement une annonce d'une autre.
Les machines représentent 70 % à 80 % du coût total d'une usine de puces moderne, selon une analyse de Construction Physics. Une seule installation peut coûter 10 milliards à 20 milliards de dollars ou plus, et la plupart de cet argent va aux machines, pas au béton et à l'acier. Elon Musk a proposé un complexe de semi-conducteurs de 119 milliards de dollars au Texas, et les machines représenteraient probablement la majeure partie de ce prix aussi.
Cette escalade suit une courbe prévisible. Une installation qui coûtait environ 4 millions de dollars au début des années 1970 est passée à environ 14 milliards de dollars en 2015, doublant tous les quatre ans environ selon ce que l'industrie appelle la loi de Rock. TSMC $TSM a engagé 165 milliards de dollars dans son campus en Arizona, répartis sur six usines, deux sites d'emballage et un centre de recherche, correspondant à l'échelle que la loi de Rock prédirait pour aujourd'hui.
Samsung a engagé au moins 17 milliards de dollars dans son usine à Taylor, Texas, mais seulement 6 milliards de dollars sont destinés à la construction réelle. Les 11 milliards de dollars restants seront dépensés en machines et équipements.
Le composant le plus cher de ce budget d'équipement est le système de lithographie, la machine qui imprime les motifs de circuits sur une tranche de silicium. ASML $ASML, l'entreprise néerlandaise qui détient un quasi-monopole sur la lithographie ultraviolette extrême, prix ses nouveaux systèmes de lithographie à environ 380 millions de dollars chacun. Sa génération précédente coûtait environ 183 millions de dollars pièce. Une usine a besoin de plusieurs de ces machines, et les outils de lithographie seuls peuvent représenter environ 20 % du coût total de l'usine, équivalant au prix de l'ensemble du bâtiment et de son infrastructure réunis.
Payer pour ces machines n'est que la moitié du problème. Le rapport annuel 2024 d'ASML enregistrait seulement 44 systèmes EUV vendus cette année-là, à peine au-dessus des 40 environ qu'il a vendus en 2021 malgré des années de promesses d'augmentations de production. Une entreprise peut annoncer une usine dans un communiqué de presse. Elle doit encore attendre des années pour qu'ASML livre effectivement les machines qui l'exploitent.
Les systèmes de gravure et de dépôt représentent l'autre dépense majeure en équipements, représentant environ 40 % à 50 % des dépenses totales en équipements dans la fabrication avancée de puces, selon les prévisions de l'industrie de SEMI pour 2026.
Les 20 % à 30 % du coût de l'usine consacrés au bâtiment semblent modestes, mais même cette part achète bien plus qu'une coque. Construction Physics a découvert que les services, le CVC, les systèmes d'extraction et l'infrastructure d'eau ultra-pure représentent à eux seuls près des deux tiers du coût d'une installation, contre moins de 20 % pour une maison unifamiliale.
L'un de ces services est le plus important : garder l'air suffisamment propre pour y construire une puce. La fabrication de semi-conducteurs nécessite des salles blanches classées selon ISO 14644-1, la norme internationale qui évalue la propreté de l'air en fonction du nombre de particules flottant dedans. Les usines les plus avancées fonctionnent en ISO Classe 1, ce qui ne permet pas plus de 10 particules par mètre cube d'air, soit environ la taille d'un virus. Atteindre cette norme nécessite des filtres qui capturent 99,999 % de tout le reste dans l'air, souvent en doublant tout le plafond.
Les mêmes outils de lithographie qui nécessitent de l'air propre ont également besoin d'un sol qui ne bouge pas sous eux. Ils modulent des caractéristiques mesurées en nanomètres, et la moindre vibration peut ruiner une plaquette. Les usines sont construites pour répondre aux courbes de critères de vibration, une norme d'ingénierie que l'Institute of Environmental Sciences and Technology a adoptée après qu'Ungar et Gordon l'ont proposée pour la première fois en 1983, selon Colin Gordon Associates. Le niveau le plus strict, appelé VC-E, limite la vibration du sol à 3,12 micromètres par seconde, ce que les propres auteurs de la norme appellent "un critère difficile à atteindre". Les fondations doivent être mécaniquement séparées du reste du bâtiment, avec des écarts physiques entre les dalles isolées et la structure environnante.
La construction de l'usine n'est que la première facture. L'exploiter coûte tout autant, chaque jour. Une installation de fabrication moyenne utilise 10 millions de gallons d'eau ultrapure par jour, autant que 33 000 foyers américains en utilisent en une journée, selon le Forum économique mondial. Produire cette eau brûle entre 40% et 60% d'eau de plus que l'usine n'en utilise.
La facture d'électricité est tout aussi lourde. Une grande usine peut consommer jusqu'à 100 mégawattheures d'électricité par heure, plus que de nombreuses usines automobiles ou raffineries de pétrole, selon McKinsey. TSMC à elle seule a consommé 25,55 milliards de kilowattheures à Taïwan en 2024, environ 9% de la consommation électrique totale du pays.
Ces factures sont exactement la raison pour laquelle les gouvernements aident désormais à payer la construction au lieu de laisser les entreprises l'absorber seules. Le Département du Commerce des États-Unis décerné TSMC Arizona jusqu'à 6,6 milliards de dollars de financement direct dans le cadre du CHIPS and Science Act, et Intel $INTC a reçu jusqu'à 7,86 milliards de dollars à travers quatre États.
Construire une usine de puces était autrefois le problème d'une entreprise. C'est maintenant une question nationale.
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