Les entreprises continuent d'annoncer des usines de puces qui coûtent des milliards, et chaque chiffre semble tout aussi énorme. La plupart 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 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 également.
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 sous ce que l'industrie appelle la loi de Rock. TSMC $TSM a engagé 165 milliards de dollars pour son campus en Arizona, répartis sur six usines, deux installations d'emballage et un centre de recherche, correspondant à l'échelle que la loi de Rock prédirait pour aujourd'hui.
Les machines qui coûtent plus que la coque de l'usine
Samsung a engagé au moins 17 milliards de dollars pour son usine à Taylor, au Texas, mais seulement 6 milliards de dollars sont consacrés à la construction réelle. Les 11 milliards restants seront dépensés en machines et équipements.
La pièce unique la plus chère de ce budget d'équipement est le système de lithographie, la machine qui imprime des 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 à eux seuls peuvent représenter environ 20 % du coût total de l'usine, équivalent au prix de l'ensemble du bâtiment et de son infrastructure combinés.
Payer ces machines n'est que la moitié du problème. Le rapport annuel 2024 d'ASML enregistré seulement 44 systèmes EUV vendus cette année-là, à peine au-dessus des environ 40 qu'il avait vendus en 2021 malgré des années de promesses d'augmentation de la production. Une entreprise peut annoncer une usine dans un communiqué de presse. Il faut encore attendre des années pour qu'ASML livre effectivement les machines qui la font fonctionner.
Les systèmes de gravure et de dépôt constituent l'autre grande dépense en équipements, représentant environ 40 % à 50 % des dépenses totales en équipements dans la fabrication de puces avancées, selon les perspectives de l'industrie SEMI pour 2026. SEMI prévoit que les dépenses en équipements pour les usines de wafers de 300 millimètres, la taille standard pour la fabrication de puces modernes, passeront de 133 milliards de dollars en 2026 à 151 milliards de dollars l'année suivante, soit une augmentation d'environ 14 % en douze mois.
Coûts cachés à l'intérieur d'un bâtiment au look simple
Les 20 % à 30 % du coût de l'usine qui vont au bâtiment semblent modestes, mais même cette part achète bien plus qu'une coquille. Construction Physics a découvert que les services, le CVC, les systèmes d'échappement 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.
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 classifiées sous ISO 14644-1, la norme internationale qui classe la propreté de l'air par le nombre de particules qui y flottent. Les usines les plus avancées fonctionnent à la classe ISO 1, qui ne permet pas plus de 10 particules par mètre cube d'air, 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 tapissant 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 tracent 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'Institut des sciences et technologies de l'environnement 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, que les auteurs de la norme qualifient eux-mêmes de « critère difficile à atteindre ». Les fondations doivent être mécaniquement séparées du reste du bâtiment, avec des espaces physiques entre les dalles isolées et la structure environnante.
Factures d'eau et d'électricité qui ne s'arrêtent jamais
Construire l'usine n'est que la première facture. La faire fonctionner coûte tout autant, chaque jour. Une installation de fabrication moyenne utilise 10 millions de gallons d'eau ultra-pure par jour, autant que 33 000 ménages américains en utilisent en une journée, selon le Forum économique mondial. Produire cette eau consomme 40 % à 60 % plus d'eau que l'usine n'en utilise finalement.
La facture d'électricité est tout aussi lourde. Une grande usine peut consommer jusqu'à 100 mégawattheures d'électricité chaque 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, soit environ 9 % de la consommation électrique de tout le pays.
Ces factures sont exactement la raison pour laquelle les gouvernements aident désormais à financer la construction au lieu de laisser les entreprises l'assumer seules. Le département du Commerce des États-Unis attribué TSMC Arizona jusqu'à 6,6 milliards de dollars de financement direct dans le cadre de la loi CHIPS et Science, et Intel $INTC a reçu jusqu'à 7,86 milliards de dollars de son propre financement à travers quatre États.
Construire une usine de puces était autrefois un problème d'entreprise. C'est un problème national maintenant.