I) Pénuries, tensions géopolitiques, concentration des matériaux et des savoir-faire : la micro-électronique en sursis

Au cours des cinq dernières années, le secteur de la micro-électronique a connu de nombreuses perturbations qui ont mis en lumière de nouveaux enjeux.

Au sein de nos sociétés, les appareils électroniques, l’IT et les smartphones se sont progressivement démocratisés jusqu’à devenir incontournables, ce qui a entretenu une augmentation régulière de la demande pour les puces électroniques nécessaires au fonctionnement de nos appareils favoris. Lors de la crise du Covid-19, cette demande croissante a explosé avec la popularisation du télétravail et des modes de collaboration à distance entraînant une hausse de la demande d’équipements, tandis que les chaînes d’approvisionnement étaient impactées par la crise sanitaire (avec par exemple des temps de transit des marchandises rallongés), ce qui a motivé une spéculation sur les stocks. La combinaison de ces différents facteurs a entraîné une pénurie des semi-conducteurs sans précédent dans son ampleur et sa durée (2020-2023).   La crise sanitaire a notamment entraîné une augmentation de 17% des prix des wafers 300mm en 2022[1]  avec un pic de demande de 26% pour les nœuds 28-40nm[2]. 

Les tensions géopolitiques récentes ont également des retombées sur le secteur. Depuis 2022, la guerre en Ukraine suscite des inquiétudes à moyen-long terme quant à l’approvisionnement de plusieurs composants nécessaires à la fabrication des puces électroniques : 90% du gaz néon ultra-pur utilisé pour graver les puces en lithographie est issu de l’industrie sidérurgique Russe et raffiné en Ukraine, et la Russie fournit plus du tiers de l’approvisionnement mondial en palladium.[3] L’année 2024 a vu une escalade des restrictions commerciales à l’export des Etats-Unis et de la Chine. En effet, les Etats-Unis ont annoncé des restrictions importantes sur certaines technologies avec des potentielles applications militaires, ce qui inclut des nœuds technologiques avancés ainsi que les puces d’accélération de l’IA.[4] En réaction, la Chine a annoncé des restrictions sur l’export du gallium et du germanium, des matériaux essentiels à la fabrications des semi-conducteurs, dont la Chine a produit en 2024 respectivement 59.2% et 98.8% du stock mondial.[5] Le constat de ces vulnérabilités dans la chaîne d’approvisionnement des semi-conducteurs a poussé l’UE à injecter 43 milliard d’euros d’investissements d’ici 2030 à travers le Chips Act pour réduire ces dépendances.

En résumé, les récents évènements ont exposé des vulnérabilités dans l’industrie des semi-conducteurs. De par la nature fragmentée de la chaîne de valeur, avec une spécialisation importante des pays doublée d’une concentration des ressources et des savoir-faire parfois extrême (e.g. près de 75 % des puces de mémoire vive dynamique DRAM sont fabriquées en Corée du Sud[6]), ces évènements sont amenés à se répliquer. Dans des temps aussi incertains, la question du custom se pose plus que jamais pour regagner en indépendance et en contrôle sur la chaîne de valeur. De plus, les circuits intégrés sur mesure présentent de nombreux avantages en termes de performance, de coûts par puce, de différenciation et de sécurité.

II) Définition du circuit intégré sur mesure

Commençons par définir ce qu’est un circuit intégré sur mesure, ou ASIC (Application Specific Integrated Circuit). Contrairement aux circuits intégrés disponibles sur le marché, qui sont designés suivant des objectifs généraux, les ASICS sont designés pour un usage spécifique. Ils répondent ainsi parfaitement aux besoins exprimés, avec des performances optimisées.

Un ASIC se distingue des solutions génériques par quatre caractéristiques fondamentales :

	ASIC	FPGA	SoC
NRE Costs	1-5M$	50-500k$	2-10M$
Time-to-Market	18-24 mois	3-6 mois	12-18 mois
Consommation	0.1-1W	5-10W	0.5-5W
Flexibilité	Fixe	Reprogrammable	Partielle

III) Les avantages des circuits intégrés sur mesure

Les ASICs présentent de nombreux avantages sur des postes stratégiques :

• Optimisation des performances

Etant donné que les ASICs sont conçus pour exécuter des tâches spécifiques, les ingénieurs sont en mesure d’optimiser leurs performances sur ces fonctionnalités. L’élimination des fonctionnalités superflues permet également de réduire drastiquement la consommation énergétique (voir l’exemple de l’IP MASSAR).

L’optimisation des performances atteint son maximum dans les architectures full-custom où chaque transistor est dimensionné pour son application spécifique. Les gains typiques incluent :

– Une latence réduite de 15 à 40% grâce au pipelining matériel

– Une bande passante augmentée de x3 à x5 via des bus sur-mesure

– Une efficacité énergétique améliorée de x2 à x4 par le voltage scaling adaptatif

• Optimisation de la surface

Concevoir un circuit intégré sur mesure permet également d’en optimiser la disposition et l’architecture pour réduire sa surface finale. Une surface plus petite permet de réduire les coûts en baissant la facture de matériaux. Une réduction de la surface peut aussi permettre d’augmenter la performance du produit fini, par exemple en intégrant lorsque c’est pertinent plusieurs circuits intégrés sur-mesure là où on n’aurait pu mettre qu’un circuit intégré du marché à l’origine. Enfin, avoir un circuit intégré qui prend moins d’espace peut également se révéler critique dans certaines applications, par exemple pour des produits wearable.[7]

• Réduction des coûts marginaux (pas de coûts récurrents)

Bien que développer un circuit intégré sur mesure représente un investissement initial important lié aux coûts de développement, cet investissement permet à long terme de se libérer des coûts récurrents liés aux brevets, ce qui augmente ainsi la valeur captée. De plus, lorsqu’on développe son propre circuit intégré sur mesure, on s’adresse directement au fondeur et les coûts de fabrication s’en trouvent réduits. Cette diminution des coûts récurrents rend les circuits intégrés sur mesure particulièrement intéressants pour les gros volumes de production.

• Pas de dépendance aux brevets tiers

Développer ou faire développer un circuit intégré sur mesure par une Design House signifie obtenir la propriété intellectuelle de ce circuit. Ainsi, faire le choix du circuit intégré sur mesure permet de lever les risques induits par la dépendance aux brevets tiers.

• Différenciation

Avoir recours à un circuit intégré sur mesure constitue une mesure stratégique de différenciation, et permet de gagner un avantage concurrentiel sur le long terme. En effet, il s’agit d’une solution propriétaire et unique à laquelle aucun concurrent n’aura accès.

• Renforcement de la sécurité

Dans un monde où les cyberattaques sont de plus en plus fréquentes et perfectionnées, s’appuyant maintenant sur l’IA, la cybersécurité devient un enjeu crucial. Les circuits intégrés sur mesure contribuent à relever ces défis. En effet il est possible d’intégrer dans le circuit des mécanismes de sécurité matérielle de pointe : des PUFs (Physical Unclonable Functions) pour l’authentification unique, un TEE (Trusted Execution Environment) isolant les processus critiques, des contremesures anti-EMA (ElectroMagnetic Analysis) avec shielding différentiel. Ces mécanismes permettent de sécuriser le circuit au niveau Hardware. De plus, développer un ASIC revient à mettre les potentiels hackers face à une boîte noire : le propriétaire de l’ASIC est le seul à en connaître le contenu, ce qui lui permet de protéger sa technologie et son savoir-faire.

IV) Dans quelles situations le circuit intégré sur mesure est-il donc particulièrement préconisé ?

Le circuit intégré sur mesure est évidemment une solution idéale pour répondre à des problématiques de design et de performance complexes. Bien qu’il n’y ait virtuellement pas de limites à la customisation, le circuit intégré sur mesure est particulièrement préconisé dans le cadre de projets avec un volume de production important, qui permet de maximiser le retour sur investissement. Enfin, à cause de la durée du cycle de développement qui peut prendre de 12 à 24 mois du démarrage du design à la manufacture, traditionnellement les entreprises qui évoluent sur un marché extrêmement changeant n’étaient pas aiguillées vers le circuit intégré sur mesure. Cependant des services de fast prototypage FPGA to ASICs permettent maintenant de réduire de manière importante la durée du cycle de développement, ouvrant de nouvelles perspectives pour les circuits intégrés sur mesure.

---

[1] https://www.eetimes.eu/silicon-wafer-shipments-up-3-9-in-2022-says-semi/

[2]  https://news.metal.com/newscontent/101609825/the-main-reason-is-that-the-price-of-silicon-wafer-increases-by-up-to-15-capacity-or-is-tight-to-accelerate-the-expansion-of-contract-factories-in-2023

[3] https://www.euractiv.fr/section/strategie-industrielle/news/la-guerre-en-ukraine-pourrait-impacter-la-production-de-semi-conducteurs/

[4] 2025 semiconductor industry outlook | Deloitte Insights

[5] China bans export of critical minerals to US as trade tensions escalate | Reuters

[6] 2025 semiconductor industry outlook | Deloitte Insights

[7] https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-Benefits_Challenges_Custom_ASIC_Development_Bodo_072023-Article-v01_00-EN.pdf?fileId=8ac78c8c8929aa4d018977bfd95a2711