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Applied Materials (AMAT): Chaîne d’approvisionnement en semi-conducteurs fabriquée aux États‑Unis

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Pourquoi les semi-conducteurs sont le nouveau « pétrole » de l’économie numérique

Nearly every electronic device today utilizes some semiconductor components. From washing machines to cars to computers and phones, virtually every manufactured device or machine contains a chip or an electronic board of some sort.

Aujourd’hui, presque chaque appareil électronique utilise des composants semi-conducteurs. Des machines à laver aux voitures, en passant par les ordinateurs et les téléphones, pratiquement chaque dispositif ou machine fabriquée contient une puce ou une carte électronique d’une certaine sorte.

Cela fait des semi-conducteurs l’un des approvisionnements les plus importants de l’économie moderne. Et une préoccupation stratégique pour les grandes puissances. Le marché des semi-conducteurs a connu des vagues successives, d’abord stimulées par les ordinateurs, puis par Internet, ensuite par le Cloud & les smartphones, et aujourd’hui par l’IA et l’IoT (Internet des objets).

Une façon d’investir dans l’industrie des semi-conducteurs consiste à investir dans les entreprises qui produisent les puces, comme TSMC (TSM ) ou Intel (INTC ) (suivez les liens pour un rapport détaillé sur chacune de ces entreprises).

Une autre façon consiste à investir dans l’entreprise qui fournit l’équipement, les matériaux et la machinerie aux fonderies de semi-conducteurs, qui dépendent de fournisseurs spécialisés capables de fournir les meilleurs équipements les plus fiables pour produire des puces à grande échelle et d’autres semi-conducteurs.

Comme la fabrication de semi-conducteurs est une science très précise, les producteurs de puces ne veulent que les meilleurs outils disponibles. Et comme il s’agit d’une tâche très complexe, cela ne peut être réalisé que par une poignée de fournisseurs très spécialisés.

En conséquence, un écosystème complexe a émergé, chaque tâche du processus de fabrication d’une puce étant réalisée par des entreprises ultra-spécialisées.

Cela confère à ces fournisseurs un grand pouvoir de fixation des prix et un solide fossé économique. Des entreprises comme TSMC resteront fidèles à leurs fournisseurs établis sous peine de perturber leurs opérations.

Cela crée également un cercle vertueux où les ventes existantes génèrent des fonds pour davantage de R&D, ce qui garantit à son tour que tout nouveau concurrent potentiel aurait du mal à atteindre les mêmes résultats techniques.

Ainsi, avec les semi-conducteurs devenant un atout stratégique, il peut être judicieux d’investir dans les fournisseurs d’équipements, car ils bénéficieront de l’expansion des fonderies de puces, quel que soit le fabricant de puces (TSMC, Nvidia, Intel, etc.) qui profitera le plus de la demande croissante de semi-conducteurs.

Parmi les plus grandes entreprises d’équipement pour semi-conducteurs figure ASML (ASML ), qui détient le monopole de la lithographie EUV (Extreme UltraViolet), ainsi qu’une autre société dont l’équipement est présent à de nombreuses étapes du processus de fabrication des puces & d’autres semi-conducteurs: Applied Materials.

Applied Materials (AMAT) en bref

(AMAT )

Applied Materials est au cœur de l’innovation dans la fabrication de semi-conducteurs depuis sa création en 1967 et son introduction en bourse en 1971.

Elle est toujours basée dans la Silicon Valley à ce jour, et est le plus grand fabricant américain d’équipements pour semi-conducteurs, une position enviable alors que le pays cherche à relocaliser domestiquement sa chaîne d’approvisionnement en semi-conducteurs. Pour répondre à cette demande croissante, elle a investi jusqu’à 600 M$ dans de nouvelles installations aux États‑Unis au cours des cinq dernières années.

Applied Materials a été l’une des premières entreprises américaines de semi-conducteurs à s’internationaliser, notamment en ouvrant un centre technologique au Japon en 1984 et en étant la première entreprise à ouvrir un centre technologique en Chine.

L’entreprise emploie environ 35 700 personnes dans 24 pays et 207 villes. Elle a réalisé un chiffre d’affaires de 27,18 Mds $ et un résultat net GAAP d’environ 7,18 Mds $.

Elle détient pas moins de 22 000 brevets, issus de plus de 3,2 Mds $ d’investissements en R&D rien que pour 2024.

L’expertise principale d’Applied Materials consiste à modifier les matériaux au niveau atomique et à l’échelle industrielle avec une qualité constante, illustrée par la devise de l’entreprise:

Construire un avenir meilleur—un atome à la fois

Elle a d’abord commencé à vendre des produits chimiques à l’industrie naissante des semi-conducteurs, puis a progressivement ajouté des machines de plus en plus avancées et complexes à son offre, à partir de 1987 avec une machine de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) appelée Precision 5000.

La gamme moderne de machines d’Applied Materials comprend une myriade de produits soutenant la fabrication de semi-conducteurs.

La plupart seront difficiles à comprendre pleinement pour les non-ingénieurs, par exemple, « Films de barrière métal et oxyde », « Films à changement de couleur et holographiques », ou « Couches métalliques à motif en chambre ». Mais ce sont des outils cruciaux pour les spécialistes de la production de semi-conducteurs, dont beaucoup n’ont que peu ou pas de concurrence sérieuse (du moins pour l’instant, voir ci‑dessous la section sur la chaîne d’approvisionnement en semi-conducteurs de la Chine).

Modèle économique d’Applied Materials

Alors que les ventes de machines et d’outils constituent le cœur de l’entreprise, une grande partie de ses revenus est en réalité récurrente, environ 60 % du chiffre d’affaires total.

Cela s’explique par le fait que ces machines très précises nécessitent beaucoup de maintenance, de consommables, de réparations, etc. En moyenne, ces contrats durent 2,6 ans et sont renouvelés dans plus de 90 % des cas, reflétant la stabilité des ventes de l’entreprise une fois le contrat remporté.

Applied Materials fournira également des services et une assistance pour la mise en place de nouvelles fonderies de semi-conducteurs ou la mise à niveau des existantes. Ainsi, en tant qu’expert de référence, elle peut exercer une forte influence sur la conception finale d’une fonderie.

Cela confère également à l’entreprise un avantage unique en termes de R&D et de ventes, car cela lui procure une connaissance approfondie des défis techniques, des besoins et des objectifs stratégiques à long terme de ses clients.

Segments d’Applied Materials

L’entreprise a divisé ses activités en 3 segments: systèmes de semi-conducteurs, services mondiaux et affichages. De loin, le segment le plus important est les systèmes de semi-conducteurs, responsable de la majeure partie des revenus de l’entreprise.

Balayez pour faire défiler →

Segment Rôle principal Produits/Services typiques Notes sur le modèle économique
Systèmes de semi-conducteurs Outils pour le traitement des wafers et l’emballage avancé Dépôt, gravure, implantation, CMP, inspection eBeam, interconnexion, emballage Commandes importantes et cycliques liées à la construction de fabs et aux nœuds technologiques
Services mondiaux Support de la base installée & optimisation Maintenance, pièces de rechange, SmartFactory, analyses AIx, conseil Taux de renouvellement élevés ; contrats pluriannuels ; ~60 % de revenus récurrents
Affichages Équipement pour la production OLED/LCD Solution MAX OLED, dépôt grande surface Croissance séculaire via des panneaux plus grands & adoption OLED IT

Systèmes de semi-conducteurs

Les outils d’Applied Materials sont présents à presque chaque étape, depuis la création d’un wafer de silicium jusqu’à sa transformation en dizaines de puces avancées, mémoires, etc.

Ces étapes comprennent:

  • Dépôt de matériau: la création de films minces de matériaux très purs comme le nitrure de silicium, des conducteurs tels que le cuivre et le tungstène, et des composés, tels que les matériaux ferromagnétiques.
    • Ces matériaux précurseurs sont déposés avec précision en contrôlant des variables telles que la température, la pression, les champs électriques et magnétiques, le plasma, le débit et le temps.
  • Élimination de matériau: L’élimination sélective des atomes ciblés doit être précise afin de ne pas endommager le wafer de semi-conducteur. Elle utilise des chimies à base de radicaux pour retirer un matériau cible sans endommager les matériaux environnants, et peut fonctionner même en l’absence de ligne de visée.
  • Modifications de matériau: Le matériau désormais correctement façonné doit encore être pleinement fonctionnel. Cela peut nécessiter un chauffage, un refroidissement, un bombardement et une injection d’ions, des traitements chimiques, et l’implantation ionique (également appelée dopage).
  • Analyse: Une fois la pièce de semi-conducteur produite selon le protocole établi, il reste important de vérifier que tout s’est déroulé comme prévu. Il est donc essentiel de scanner les wafers à grande vitesse afin d’identifier d’éventuelles particules, défauts de motif et autres problèmes.
  • Connexions: Une fois les puces terminées et confirmées fonctionnelles, elles doivent être « emballées ». Cela connecte la puce au reste du système, aide à dissiper la chaleur et la protège des dommages physiques et des menaces environnementales, y compris l’humidité, l’humidité et les radiations.

PPCAt

L’objectif actuel d’Applied Materials dans la fabrication de semi-conducteurs est le soi‑disant « PPACt playbook » (Puissance, Performance, Surface, Coût, Temps de mise sur le marché).

L’idée centrale est que la loi de Moore, l’idée que les puces doublent de capacité tous les 2 ans, ralentit.

Ainsi, l’industrie a besoin de nouvelles méthodes pour augmenter les performances des puces. De plus, augmenter les performances des puces tout en réduisant la consommation d’énergie constitue un défi croissant, la production d’électricité devenant aussi problématique que les puces avancées pour les dernières applications d’IA.

« La limite naturelle de l’IA est l’électricité, pas les puces. Les États‑Unis pourraient seuls avoir besoin de 92 gigawatts supplémentaires d’électricité pour soutenir leurs ambitions en IA — une demande équivalente à la construction de 92 centrales nucléaires.

Pour mettre cela en perspective, seules deux de ces centrales ont été construites aux États‑Unis au cours des trois dernières décennies.

Eric Schmidt – Ancien PDG de Google

Ainsi, gérer à la fois l’augmentation des performances et la consommation d’énergie est un facteur important.

« Surface » et « Coût » sont les deux autres facteurs techniques importants, l’espace physique nécessaire pour loger tous les transistors, capteurs et alimentations requis devenant un problème à l’échelle nanométrique, du moins de manière rentable, afin que la production puisse être mise à l’échelle et rentable.

Enfin, la capacité à déployer rapidement ces nouvelles solutions est également importante (Temps de mise sur le marché). La mise en place plus rapide de nouvelles lignes de production et le déploiement de conceptions nouvelles et plus avancées peuvent représenter des milliards de dollars pour les clients d’Applied Materials.

Enfin, réduire l’impact environnemental de la fabrication de semi-conducteurs est également important, et constitue un argument de vente supplémentaire pour l’entreprise.

Toutes les pièces nouvellement fabriquées sont conçues pour une meilleure réparabilité, et nous utilisons des pièces reconditionnées chaque fois que possible pour la réparation et la refabrication, contribuant ainsi à la durabilité et à la rentabilité.

Services mondiaux

Ce segment utilise l’Actionable Insight Accelerator (AIx) d’Applied pour fournir des solutions avancées à ses clients afin d’optimiser le transfert de technologie, le démarrage et la performance des dispositifs.

En substance, Applied Materials agit ici comme consultant et expert, conseillant les fonderies de semi-conducteurs sur la meilleure façon d’atteindre leurs objectifs.

Ce segment comprend également les « solutions de chaîne d’approvisionnement », qui livrent des pièces certifiées et nettoyées pour la maintenance et minimisent les temps d’arrêt des machines en plaçant les pièces à proximité des fonderies clientes.

Cette consultation peut être intégrée à la solution d’usine intelligente de l’entreprise, avec une automatisation alimentée par l’IA, des technologies de planification avancées, améliorant la productivité sur presque tous les indicateurs : rendement, risques, défauts, temps d’arrêt des équipements, débit plus élevé, temps de cycle amélioré, etc.

Affichages

Applied Materials fournit également la machine pour la production d’écrans OLED (diode électroluminescente organique) (écrans, téléviseurs, etc.), la solution MAX OLED.

En apportant la technologie OLED à des écrans plus grands de téléviseurs, tablettes et PC, le résultat final est supérieur aux autres technologies d’affichage.

Cette méthode de fabrication propriétaire permet une excellente précision de placement des pixels, doublant ainsi le rapport d’ouverture. Le résultat est des écrans plus grands avec jusqu’à 3 fois plus de luminosité et une résolution allant jusqu’à 2 000 pixels par pouce carré.

La solution MAX OLED réduit également la consommation d’énergie des écrans jusqu’à 30 % et offre jusqu’à 5 fois plus de durée de vie de l’affichage.

R&D et le centre EPIC

Le succès d’Applied Materials repose sur son excellence technique et son expertise, alimentés par des décennies de R&D pour repousser les limites du possible dans la fabrication d’électronique.

Un contributeur majeur aux efforts de R&D à l’avenir sera le nouveau centre EPIC (Equipment and Process Innovation and Commercialization), qui devrait commencer ses activités au printemps 2026.

Ce sera la plus grande et la plus avancée installation au monde pour la R&D collaborative en technologie de processus de semi-conducteurs et équipements de fabrication, située sur le campus d’Applied à Silicon Valley.

L’installation multibillionnaire est conçue pour offrir une gamme et une échelle de capacités uniques, avec plus de 180 000 pieds carrés de salle blanche à la pointe de la technologie pour l’innovation collaborative avec les fabricants de puces, les universités et les partenaires de l’écosystème.

L’objectif est d’accélérer radicalement le passage de la découverte académique au déploiement industriel de nouvelles technologies, en raccourcissant le processus de plusieurs années.

Applied Venture

En plus des efforts internes de R&D, Applied Materials investit également dans des startups prometteuses et des technologies via sa marque Applied Venture.

Ce segment de capital-risque investit environ 100 M$ par an, et a jusqu’à présent financé plus de 90 entreprises dans 19 pays, dont plus de 10 ont déjà réalisé une introduction en bourse.

L’objectif de l’investissement porte sur la fabrication avancée (impression 3D, robotique, automatisation), les matériaux avancés, l’IA & les mégadonnées, les technologies énergétiques (batteries, solaire, thermoélectriques, eau), les sciences de la vie, la technologie des semi-conducteurs et les affichages.

Géopolitique, contrôles à l’exportation et risque Chine

Pour toutes les fonderies de semi-conducteurs et les fabricants d’équipements, les tensions géopolitiques entre la Chine et les États‑Unis constituent une menace.

La conséquence immédiate est l’impossibilité de vendre à la Chine les équipements les plus avancés, les États‑Unis bloquant généralement l’exportation de ces machines contenant des PI américaines vers leur principal rival, dans le but de saper l’industrie locale de semi-conducteurs et la recherche en IA.

Cela signifie également que la Chine injecte des centaines de milliards de dollars en subventions, achats préférentiels et autres soutiens dans son industrie nationale. Cela inclut les fonderies de puces, mais surtout la création d’alternatives aux entreprises comme ASML, Applied Materials ou Lam Research, dont les machines sont la pierre angulaire de la fabrication de semi-conducteurs.

À long terme (5‑10 ans), ces efforts pourraient constituer une menace pour l’entreprise s’ils réussissent:

  • Le chiffre d’affaires perdu avec les fonderies chinoises sera probablement perdu à jamais.
  • Les puces provenant de nouvelles fonderies utilisant des technologies domestiques pourraient concurrencer les fonderies internationales/occidentales, réduisant la demande d’équipements d’Applied Materials.
  • Les pays alliés à la Chine (la Russie, par exemple) ou neutres (la plupart de l’Asie du Sud‑Est) pourraient déployer des machines d dépôt de films minces chinoises ou d’autres équipements au lieu de ceux d’Applied Research dans leurs futures nouvelles fonderies.

Bien que sérieux, ce risque ne doit pas être exagéré.

Premièrement, les efforts pour dupliquer l’ensemble de la pile technologique, les PI et l’expertise technique de l’industrie des semi-conducteurs dirigée par l’Occident sont une entreprise colossale. Ainsi, bien qu’ils réussiront probablement partiellement, il faudra encore du temps pour rattraper un écosystème qui a mis plus de 60 ans à se construire et qui continue d’innover rapidement.

Deuxièmement, l’étendue d’Applied Materials constitue une autre protection. Ainsi, même si une percée dans l’EUV pouvait poser problème à une entreprise à technologie unique comme ASML, Applied Materials devrait rester leader dans de nombreuses technologies d’ici 10‑20 ans, ce qui en fait toujours le meilleur choix pour toutes les fonderies des pays neutres.

Enfin, l’ampleur de la base installée d’Applied Materials signifie davantage de flux de trésorerie pour la R&D et la victoire éventuelle dans une guerre des prix avec les concurrents chinois. Ainsi, même si la technologie de l’entreprise n’est plus unique, il n’est pas certain que son avantage commercial de longue date ne constitue pas un fossé suffisant pour les fonderies hors de Chine.

Finances: Croissance, marges, retours sur capital

La croissance du chiffre d’affaires d’Applied Materials est principalement tirée par le segment des semi-conducteurs, bien que cela puisse, à long terme, entraîner une croissance du segment des services également.

Les marges opérationnelles sont restées globalement stables dans les principaux segments, et en croissance dans le segment des affichages.

L’entreprise a augmenté ses dividendes de façon constante au fil des années, avec une nette accélération en 2018, et les dividendes de 2024 sont presque 5 fois supérieurs aux niveaux de 2017.

L’entreprise rachète également des actions, ayant réduit le nombre d’actions en circulation depuis 2014.

Conclusion

Applied Materials est une entreprise essentielle dans l’écosystème mondial des semi-conducteurs, avec des machines clés présentes à chaque étape du processus de transformation du sable (silicium) en gravure complexe à l’échelle nanométrique qui forme les puces informatiques avancées.

L’entreprise bénéficiera de plusieurs tendances à long terme telles que la relocalisation de la production de semi-conducteurs aux États‑Unis, la demande accrue provenant de l’IA et de l’IoT, et la tendance mondiale à une numérisation et une électrification accrues.

Elle est également, en fin de compte, bien positionnée pour faire face aux menaces concurrentielles, y compris de la part de nouveaux concurrents chinois soutenus par des subventions et l’intérêt stratégique national de la Chine.

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Jonathan est un ancien chercheur en biochimie qui a travaillé dans l'analyse génétique et les essais cliniques. Il est maintenant un analyste boursier et écrivain financier avec un focus sur l'innovation, les cycles de marché et la géopolitique dans sa publication The Eurasian Century.