L'informatique, première industrie mondiale

Laurent Bloch
 

L'essor de l'informatique a déclenché une révolution industrielle qui modifie en profondeur la société et l'économie. La France, surtout par ses élites dirigeantes, y avance de mauvaise grâce, et à divers degrés il en va de même de l'Europe, ce qui risque de causer son déclin, alors qu'elle a tous les atouts en main pour y réussir. L'article ci-dessous, écrit pour le Blog Binaire du Monde [1] et publié ici en accord avec ses éditeurs, dresse un tableau de cette industrie, qui se propose de convaincre le lecteur de l'urgence de s'y intéresser et surtout d'agir en conséquence.

Panorama de l'industrie informatique

   La dépense mondiale 2019 en informatique est estimée par le cabinet Gartner à plus de 4 200 milliards de dollars, en y incluant les services de télécommunications, à peu près totalement informatisés depuis plus d'une décennie, ainsi que l'industrie des semi-conducteurs (source : Semiconductors Industry Association) dont les débouchés principaux sont les matériels informatiques et de télécommunications :

   Le cabinet IDC, qui calcule différemment, prévoit 4 100 milliards en 2020.

   Une publication plus ancienne donne une ventilation [2] plus détaillée des dépenses [3].

   Bien sûr 2020 va être une mauvaise année à cause de l'épidémie Covid-19, pour ces secteurs comme pour l'ensemble de l'économie. Avant cette crise mondiale, le taux de croissance annuel de l'industrie informatique était de l'ordre de 7 %.

   À titre de comparaison, le chiffre d'affaires de l'industrie automobile mondiale est de l'ordre de 2 500 milliards de dollars, selon les définitions adoptées et les enquêtes effectuées. Mais ce qui est certain, c'est la baisse de chiffre d'affaires de l'industrie automobile dans son ensemble en 2018 et en 2019, baisse qui s'accentuera fortement en 2020.

   Toujours pour donner des points de repère, ce chiffre est supérieur au PIB de la France (2925 milliards de dollars en 2018), lui-même voisin de celui du continent africain.

   Ces chiffres concernent de vastes agrégats, leurs valeurs sont toujours entachées d'approximations, ne serait-ce que par la difficulté à délimiter le domaine considéré, mais en tout état de cause ils montrent que l'industrie informatique est au premier rang mondial, et en forte expansion

La filière micro-électronique et informatique

   Pour comprendre le fonctionnement d'un secteur économique il peut être utile de raisonner en termes de filière : ainsi pour produire un service ou une application informatique il faut avoir produit des logiciels et des ordinateurs. Pour que ces logiciels fonctionnent sur ces ordinateurs il faut avoir produit un système d'exploitation. Pour construire les ordinateurs il faut avoir fabriqué des composants électroniques. Pour fabriquer des microprocesseurs il faut disposer de logiciels de conception spécialisés, de très haute complexité. Ensuite, l'industrie microélectronique repose sur des matériels de photolithographie et d'optique. Enfin au début de la filière il faut extraire du silicium de qualité adéquate et le préparer sous la forme convenable. Prendre cette séquence depuis le début (extraction et conditionnement du silicium), c'est décrire la filière.

   Une fois la filière caractérisée, on peut identifier les points où se crée le maximum de valeur ajoutée, qui sont aussi ce qui coûte le plus cher en investissements, ce qui a la plus forte intensité capitalistique. C'est important du point de vue de la politique économique, parce que détenir des capacités de production dans ces domaines est un facteur essentiel d'indépendance économique, donc de souveraineté politique. Ce point a été bien expliqué par le rapport de la sénatrice de la Seine Maritime Catherine Morin-Desailly [4], rendu en 2013, dont il n'a malheureusement guère été tenu compte.

   Aujourd'hui la chaîne de valeur de la filière micro-électronique et informatique peut être schématisée ainsi (l'échelle des ordonnées ne figure que des ordres de grandeur) :

   Nous allons examiner maintenant les points cruciaux de cette filière, et les enseignements que l'on peut en tirer. Nous omettrons la fabrication de barreaux de silicium monocristallins, non que ce soit simple ni dépourvu d'intérêt, mais un peu éloigné de notre propos. Cependant, en préambule, il faut souligner le caractère spécifique de cette industrie, identifié par l'Institut de l'Iconomie [5] et Michel Volle [6] ; les coûts fixes, nous allons le voir, en sont considérables, les coûts marginaux voisins de zéro : « le coût marginal d'un logiciel est pratiquement nul : une fois écrit, on peut le reproduire des millions de fois, sans coût supplémentaire significatif, par téléchargement ou impression de disques. [...] Le coût marginal d'un composant microélectronique, processeur ou mémoire, est lui aussi pratiquement nul. [...] Le transport d'un octet ou d'un document supplémentaire ne coûte pratiquement rien sur l'Internet » (Michel Volle). Les conséquences de cette fonction de production sont drastiques : sur chaque segment de ce marché se développe « une concurrence monopolistique extrêmement violente, chaque entreprise luttant pour conquérir et conserver une position de monopole temporaire (qui peut durer quelques années ou dizaines d'années) ».

Conception micro-électronique assistée par ordinateur

   Un microprocesseur moderne comporte plusieurs milliards de transistors sur deux ou trois centimètres carrés, il est impensable de concevoir son organisation géométrique et électrique « à la main ». Ont donc été conçus pour ce faire des langages de description de circuits (VHDL, Verilog) et des logiciels de conception assistée par ordinateur.

   Les principales (et à peu près seules) entreprises de CAO électronique sont les américains Synopsys (acquéreur du taïwanais SpringSoft, à eux deux 3,3 milliards de dollars de chiffre d'affaires et 13 000 employés), Cadence (2,3 milliards, 7 600 employés) et Mentor Graphics (acquis par Siemens, 1,3 milliard, 6 000 employés).

   Ces systèmes de CAO sont très onéreux, sans parler du temps d'ingénieur passé à les mettre en œuvre. À part le japonais Zuken, beaucoup plus petit, et quelques laboratoires de recherche, ces trois entreprises sont en situation d'oligopole. Elles opèrent sur un marché de niche assez étroit mais hautement stratégique : sans elles pas d'informatique, donc pas d'Internet, adieu Facebook, Twitter, Google et Amazon.

Matériels de fabrication micro-électronique

   La fabrication des microprocesseurs repose sur des procédés photo-lithographiques réalisés par des machines appelées scanners. Il y a dans le monde trois entreprises qui fabriquent des scanners : Canon, Nikon et le néerlandais ASML, ce dernier détenant les deux tiers d'un marché mondial de l'ordre de 12 milliards de dollars. Intel détient une participation de 15 % dans ASML. L'élément le plus cher d'un scanner est un objectif [7], analogue à celui d'un énorme appareil photo. Il y a trois fabricants : Canon, Nikon et l'allemand Zeiss. Un tel scanner coûte plusieurs dizaines de millions d'euros. Un microprocesseur ressemble à un sandwich d'une trentaine de couches, alternativement de circuits et d'isolants, il faut donc quelques dizaines de scanners pour lancer une chaîne de production. Ces matériels doivent fonctionner en salle blanche munie de dispositifs anti-sismiques, parce que la moindre vibration serait fatale à toute la production en cours.

   On note que la Chine et les États-Unis sont absents de ce domaine (aujourd'hui, en 2020). Il convient néanmoins de mentionner trois entreprises américaines qui fournissent des machines qui interviennent dans la production des galettes (wafers) de silicium destinées à l'implantation des processeurs : Applied Materials [8], LAM Research [9] et KLA Corporation [10].

Fabrication de micro-processeurs

   Plusieurs approches sont possibles pour produire des microprocesseurs. On peut en concevoir les plans (à l'aide des logiciels mentionnés ci-dessus), construire des usines, fabriquer et vendre : il n'y a plus guère qu'Intel pour assurer ainsi la totalité de la chaîne de production.

   L'entreprise britannique ARM, achetée en 2016 par le fonds d'investissement japonais Softbank, s'adonne exclusivement à la conception de microprocesseurs, dont elle concède l'exploitation des plans (électroniques) à des entreprises licenciées, telles que Samsung, Qualcomm, Apple, Nvidia ou le franco-italien STMicro. L'architecture ARM est la plus répandue dans le monde parce qu'elle a le monopole des processeurs pour téléphones mobiles, tablettes et objets connectés de toutes sortes.

   Une entreprise comme Qualcomm, très bien placée sur le marché des circuits pour téléphones mobiles, ne fabrique rien. Elle achète à ARM la licence de ses processeurs, elle conçoit le plan d'un SoC (System on Chip) qui comporte plusieurs processeurs et des circuits annexes (mémoire, audio, vidéo, etc.) dont elle confie la fabrication à une fonderie de silicium, qui possède une usine. Une telle fonderie peut être une entreprise qui par ailleurs conçoit ses propres circuits, comme par exemple Samsung, ou une qui ne fait que cela, comme le taïwanais TSMC [11].

   Le perfectionnement d'un procédé de fabrication micro-électronique dépend de sa miniaturisation, mesurée par la longueur de la grille d'un transistor. À ce jour TSMC, le leader mondial (35 milliards de dollars), est le seul à produire en géométrie 7nm (nanomètres), Samsung produit en 10nm, Intel produit en 14nm. Suivent trois entreprises qui ont abandonné la course à la miniaturisation mais continuent à alimenter le marché en produits plus rustiques : Global Foundries, STMicro, UMC. Puis celles qui ne fabriquent que des mémoires, plus simples mais marché en plein essor, ou des circuits spécialisés : Hynix, Micron, Texas Instruments. Qualcomm, Nvidia, Broadcom sont des entreprises sans usines, qui ne fabriquent rien.

   La construction d'une usine de microprocesseurs modernes coûte plus de dix milliards de dollars, et son fonctionnement en régime permanent demande la présence de plusieurs milliers d'ingénieurs et techniciens. En effet la mise au point d'un procédé de fabrication et le réglage des machines demande du temps et de la qualification, ce n'est qu'au bout de plusieurs années que la fabrication atteint un taux de réussite proche de 100 %.

   En somme, l'informatique mondiale dépend de trois ou quatre entreprises et de moins de dix usines. Par exemple, le dernier modèle d'iPhone fonctionne grâce à un SoC conçu par Apple autour d'un processeur conçu par ARM, et fabriqué par TSMC à Taïwan, le tout assemblé en Chine continentale. On note que la Chine n'est pas (encore) en mesure de fabriquer des microprocesseurs à l'état de l'art, et que les États-Unis sont en perte de vitesse.

   Un segment de marché particulier concerne les processeurs à usage militaire et aérospatial, qui doivent résister à des rayonnements cosmiques ou d'origine nucléaire, ce qui exclut les géométries trop fines mais impose des blindages spéciaux. La France possédait des capacités dans ce domaine, avec Altis Semiconductors, mais cette entreprise a disparu, ce qui laisse l'industrie aérospatiale et militaire européenne sous la dépendance de fournisseurs américains, pour lesquels les licences d'exportation conformes à la législation américaine ITAR International Traffic in Arms Regulations [12] sont de plus en plus difficiles à obtenir.

   Pour conclure sur l'industrie micro-électronique, on peut dire que c'est un domaine d'intensité capitalistique considérable, hautement stratégique, et à peu près déserté par la France et par l'Europe. Il y a une exception, STMicro et ses usines dans la région de Grenoble qui font travailler plus de 30 000 personnes. L'effort pour la conception d'un nouveau microprocesseur se compte en plusieurs (six ou sept) années, mille à deux mille ingénieurs, et quinze à vingt milliards de dollars pour la construction de l'usine, investissement qui sera à renouveler pour la gamme suivante.

Fabrication d'ordinateurs

   La complexité des ordinateurs contemporains réside entièrement dans leurs microprocesseurs et dans leurs logiciels. Leur fabrication est une opération d'assemblage entièrement automatisée. Ce sont des objets bon marché à faible valeur ajoutée, la fabrication d'un ordinateur chez le constructeur Dell prend moins de trois minutes. Les principaux problèmes à résoudre sont la chaîne d'approvisionnement, la logistique, la politique d'achats et la distribution.

Système d'exploitation

   Le système d'exploitation présente à l'utilisateur une vision simplifiée et compréhensible du fonctionnement de l'ordinateur. Il fournit également une interface standardisée avec les logiciels d'application et commande les interactions avec le réseau. Autant dire que sans lui l'ordinateur ne serait qu'un tas de ferraille et de plastique inutilisable.

   Le système d'exploitation est la seconde étape la plus capitalistique de la filière informatique, après le microprocesseur. Écrire un système d'exploitation complet de A à Z, ce que personne n'a fait depuis longtemps, emploierait 1 000 à 2 000 ingénieurs pendant six à sept ans, si l'on extrapole à partir des expériences du passé et des réalisations partielles contemporaines. Les réalisations contemporaines sont partielles parce qu'elles partent d'une base existante, soit propriété historique de la firme (cas de Microsoft et d'IBM), soit de logiciel libre disponible sans frais, dérivés de systèmes Unix/Linux (cas d'Apple et de Google).

   Hormis quelques systèmes très spécialisés ou résiduels et ceux qui sont des logiciels libres (Linux, OpenBSD, FreeBSD, NetBSD), il n'existe que quatre fournisseurs de systèmes d'exploitation : IBM avec z/OS, dérivé de l'OS/360 annoncé en 1964, Microsoft avec Windows, dont la version intitiale a été publiée en 1996, Apple avec iOS et macOS né en 1998 sur un noyau Unix BSD, et Google avec Android lancé en 2007 et basé sur un noyau Linux. En nombre de systèmes installés Google est d'assez loin le leader mondial, puisqu'Android équipe plus de 80 % des smartphones et effectue les deux tiers des accès au Web. Ici aussi l'Europe est pratiquement absente.

Réseau, informatique en nuages, centres de données

   Le déploiement du réseau physique sur lequel repose l'Internet nécessite des investissements considérables. L'essentiel des communications à longue distance repose sur des faisceaux de fibres optiques transocéaniques, construits hier par des consortiums d'opérateurs et d'industriels, aujourd'hui de plus en plus souvent par des plates-formes telles Google ou Amazon. Le prix d'un tel faisceau peut approcher le milliard de dollars. C'est un des rares domaines où la France occupe encore une position de premier plan. L'enjeu du moment est le déploiement de réseaux sans fil 5G, indispensables pour les objets connectés, et là aussi les sommes engagées se comptent en milliards. Mais l'économie de l'Internet est un sujet en soi que nous ne développerons pas davantage ici.

Effort de recherche et développement

   Acquérir une position significative et la conserver dans cet univers de technologies complexes issues de la recherche scientifique la plus avancée exige des efforts de recherche et développement soutenus. Voici la hiérarchie des entreprises de ce point de vue (en 2018 et en milliards de dollars). Ce tableau des dépenses de recherche et développement d'aujourd'hui donne une idée de la puissance relative des différents secteurs aujourd'hui et encore plus demain.

   L'Europe a déserté la filière informatique – micro-électronique, qui commande l'avenir : elle se focalise sur des applications (« intelligence artificielle », « cloud souverain », « usages », etc.), ignorant que le succès et la compétitivité dans les applications dépendent de la maîtrise des technologies fondamentales, qui sont leur principale ressource. Elle ne reste guère aux premiers rangs que dans l'automobile, fleuron de l'industrie du passé en déclin rapide.

Informatique et environnement

   L'industrie informatique essuie souvent les critiques du courant de pensée écologique, justifiées par sa consommation importante de minéraux dont l'extraction et le traitement sont excessivement toxiques. Pour atténuer ces reproches l'industrie devrait s'engager dans une politique de recyclage systématique de ses produits et d'accroissement de leur durée de vie.

   En outre, il convient de souligner que l'informatique est aussi un moyen de réduire l'empreinte carbone des activités humaines. Ainsi la consommation des moteurs à combustion interne a beaucoup diminué ces dernières décennies, surtout grâce à l'introduction de micro-contrôleurs qui ajustent le débit de carburant des alimentations. Il en va de même pour la consommation électrique des entreprises et des ménages.

Conclusion

   L'industrie informatique, qui propulse la révolution industrielle en cours, connaît un essor rapide à peine ralenti par l'épidémie Covid-19. La stratégie de l'Europe, et plus particulièrement de la France, s'en détourne alors qu'elles possèdent des entreprises industrielles de premier plan (SAP, ARM, Dassault Systèmes, STMicro), un réseau d'universités et de centres de recherche sans équivalent dans le monde, et le premier marché mondial. Puissent les événements en cours susciter une prise de conscience et des actes pour redresser une situation qui serait suicidaire si elle se prolongeait.

Laurent Bloch

Paru le 25 avril 2020 sur le site de Laurent Bloch.
https://laurentbloch.net/MySpip3/L-informatique-premiere-industrie-mondiale
https://www.lemonde.fr/blog/binaire/2020/05/26/informatique-et-micro-electronique-premiere-industrie-mondiale/

Cet article est sous licence Creative Commons (selon la juridiction française = Paternité - Pas de Modification). http://creativecommons.org/licenses/by-nd/2.0/fr/

NOTES

[1] https://www.lemonde.fr/blog/binaire/

[2] https://infotechlead.com/it-statistics/technology-spending-grow-3-2-2017-forrester-45071

[3] Le lecteur qui voudrait la version à jour peut se la procurer sur le site Forrester Research pour la modique somme de 2 995 dollars.
https://www.forrester.com/

[4] https://www.laurentbloch.net/MySpip3/L-Union-europeenne-colonie-du-monde-numerique-265

[5] https://www.iconomie.org/

[6] https://michelvolle.blogspot.com/2020/04/secouer-la-paresse-des-economistes.html

[7] https://epp-europe-news.com/wp-content/uploads/5/7/571063.jpg

[8] https://en.wikipedia.org/wiki/Applied_Materials

[9] https://en.wikipedia.org/wiki/Lam_Research

[10] https://en.wikipedia.org/wiki/KLA_Corporation

[11] https://en.wikipedia.org/wiki/TSMC

[12] https://fr.wikipedia.org/wiki/International_Traffic_in_Arms_Regulations

[13] https://www.ideatovalue.com/inno/nickskillicorn/2019/08/top-1000-companies-that-spend-the-most-on-research-development-charts-and-analysis/