Le projet ambitieux du Japon pour faire d’Hokkaido un pôle mondial des semi-conducteurs

Pourquoi Hokkaido est au cœur du retour du Japon dans les semi-conducteurs

Hokkaido est célèbre pour ses élevages laitiers, ses champs de lavande et ses fortes chutes de neige. Pourtant, l’île est aujourd’hui le théâtre de la plus ambitieuse offensive industrielle du Japon depuis une génération. Des grues et des entreprises spécialisées dans la construction de salles blanches transforment la périphérie de Chitose, près de l’aéroport de New Chitose. L’objectif est simple et audacieux : ancrer au Japon une nouvelle ère de fabrication de semi-conducteurs de pointe et réduire la dépendance aux approvisionnements étrangers, à une époque où les puces alimentent tout, des voitures et des téléphones aux centres de données et à l’intelligence artificielle.

Le fer de lance du projet est Rapidus, une jeune fonderie japonaise créée en 2022 avec le soutien de huit poids lourds de l’industrie nippone et de solides appuis à Tokyo. En peu de temps, Rapidus a acquis un savoir-faire de premier plan en matière de procédés grâce à des collaborations, installé à Hokkaido un équipement de lithographie à ultraviolet extrême et produit un prototype fonctionnel de dispositif en 2 nm sur une ligne pilote. L’entreprise vise une production de masse d’ici la fin de la décennie. Si le calendrier est respecté, le Japon retrouverait pour la première fois depuis des décennies le cercle des fabricants de puces les plus avancés, aux côtés de TSMC, à Taïwan, et de Samsung, en Corée du Sud.

Les enjeux sont considérables. Le marché mondial des puces pèse plusieurs centaines de milliards de dollars par an. La demande augmente à mesure que les constructeurs automobiles passent à l’électrique et que les fournisseurs de services cloud et les start-up se précipitent pour déployer l’IA. Les ruptures d’approvisionnement pendant la pandémie ont révélé la fragilité de la chaîne des semi-conducteurs. Pour le Japon, qui fabriquait autrefois plus de la moitié des semi-conducteurs mondiaux, mais n’en produit désormais qu’une faible part, relocaliser une partie de la production de puces stratégiques relève aussi de la sécurité économique.

Rapidus et le projet de Chitose

Rapidus a été créée sous la forme d’un consortium réunissant Toyota, Sony, NTT, SoftBank, Kioxia, Denso, NEC et MUFG, avec le soutien stratégique du ministère de l’Économie, du Commerce et de l’Industrie. L’entreprise a obtenu sous licence auprès d’IBM une technologie clé de logique en 2 nm, noué un partenariat avec l’institut de recherche belge imec et entrepris de construire à Chitose une nouvelle usine baptisée IIM 1. Le site a été choisi pour ses vastes terrains industriels, son accès à l’électricité et à l’eau, ainsi que la proximité d’un aéroport, qui réduit les délais d’acheminement des personnes et des équipements sensibles.

Les choix de conception d’IIM 1 répondent à la fois à des impératifs techniques et à des considérations locales. Le complexe sera recouvert de végétation pour mieux s’intégrer au paysage d’Hokkaido. Les autorités locales présentent également le site comme relativement moins exposé aux séismes majeurs que d’autres régions du pays. Rapidus installe des systèmes de manutention entièrement automatisés et des équipements de nouvelle génération conçus pour les transistors à grille enveloppante de classe 2 nm.

La lithographie à ultraviolet extrême est un élément central de cet équipement. Rapidus a reçu un système ASML TWINSCAN NXE:3800E, le seul modèle EUV largement disponible capable de produire en grand volume aux nœuds les plus avancés. L’entreprise a ouvert une ligne pilote début 2025, puis vérifié le fonctionnement d’un prototype de dispositif en 2 nm. Elle vise toujours un lancement de la production de masse en 2027, sous réserve d’atteindre ses objectifs de rendement et de qualité.

Atsuyoshi Koike, directeur général de Rapidus et ingénieur chevronné dans le secteur des puces, maintient un rythme soutenu et défend clairement la coopération internationale et l’urgence d’agir.

Avant de présenter ses propos, rappelons son rôle. Koike dirige Rapidus et supervise le projet de Chitose depuis son lancement. Il insiste à la fois sur la rapidité du développement et sur l’importance des partenariats avec les détenteurs étrangers de technologies.

Nous avons réussi à fabriquer pour la première fois au Japon un prototype en 2 nm, à une vitesse sans précédent au Japon et dans le monde.

Koike a également souligné la contribution des partenariats à la rapidité d’exécution de l’équipe et expliqué pourquoi il souhaite miser sur la production personnalisée à cycle court plutôt que sur les seuls volumes.

Les partenariats avec des entreprises mondiales sont indispensables pour acquérir une technologie de ce niveau. Notre atout, c’est la vitesse : nous pouvons produire et livrer des puces trois à quatre fois plus rapidement que quiconque.

L’ambition ne suffit pas à garantir le succès. L’entreprise doit encore passer de la validation d’un dispositif sur une ligne pilote à une production de masse stable, une étape qui a déjà mis de nombreux nouveaux venus à l’épreuve.

Pourquoi Hokkaido se prête à la fabrication de puces de pointe

Pour une usine de semi-conducteurs de pointe, l’emplacement compte. Hokkaido présente plusieurs atouts régulièrement mis en avant par les dirigeants et les responsables publics. L’île dispose d’abondantes ressources en eau, d’un climat frais qui facilite le refroidissement des centres de données et des installations, ainsi que de vastes terrains aménageables par rapport aux régions urbaines densément peuplées. Elle possède aussi un fort potentiel en énergies renouvelables, grâce à l’éolien, à l’hydroélectricité et au solaire, qui pourraient à terme contribuer à compenser les importants besoins électriques de la production de puces.

Ces atouts naturels s’accompagnent d’une politique volontariste. La Vision pour la promotion de l’industrie des semi-conducteurs et du numérique de la préfecture prévoit la création d’un pôle concentré, capable d’attirer des investisseurs et de diffuser ses retombées dans toute la région. Des fournisseurs suivent déjà Rapidus à Chitose. ASML, Tokyo Electron, Applied Materials et Lam Research comptent parmi les grands acteurs des équipements et des matériaux qui commencent à s’implanter localement pour approvisionner la nouvelle usine. imec et d’autres partenaires de recherche collaborent avec des universités et des centres de formation afin de développer les compétences et de lancer des projets communs.

Les retombées locales se traduisent par une hausse de la demande de main-d’œuvre qualifiée, de logements, de services et de capacités logistiques près de l’axe menant à l’aéroport. Les urbanistes de Chitose travaillent à l’aménagement de logements et de liaisons de transport, tandis que les entreprises, du bâtiment à la restauration, se préparent à l’arrivée d’ingénieurs, de techniciens et de leurs familles.

La question du financement

Le Japon investit massivement pour relocaliser la production de semi-conducteurs de pointe. L’effort va bien au-delà d’une seule usine. Il englobe des subventions aux fabricants nationaux et étrangers, des programmes de recherche et de nouvelles lois axées sur la sécurité économique. Malgré cela, le coût du rattrapage à la pointe est considérable, quel que soit le critère retenu.

Combien cela coûtera-t-il ?

Selon les estimations du secteur, Rapidus a besoin d’environ 5 000 milliards de yens pour financer les débuts de la production de masse. Les aides publiques se chiffrent déjà en milliards de dollars, et de nouvelles enveloppes consacrées à l’IA et aux semi-conducteurs ont été annoncées fin 2024. Selon plusieurs informations, Tokyo prévoit également d’investir 100 milliards de yens supplémentaires au cours de l’exercice 2025, ce qui ferait de l’État l’actionnaire majoritaire et accélérerait l’effort national en faveur des capacités de production sur le territoire. La répartition exacte entre subventions, incitations fiscales et garanties évolue d’un budget à l’autre, mais la tendance est claire : l’État renforce son soutien pour lancer au Japon une production de pointe.

Fonds publics et leviers politiques

Les subventions s’accompagnent d’initiatives politiques. Le cadre japonais de promotion de la sécurité économique vise à sécuriser les chaînes d’approvisionnement stratégiques. L’État a désigné des entreprises comme ROHM comme fournisseurs de produits essentiels et a apporté son soutien à des spécialistes de la mémoire comme Micron pour agrandir leurs installations à Hiroshima. D’autres mesures prévoient de financer la recherche par l’intermédiaire du Leading edge Semiconductor Technology Center et d’encourager les investissements étrangers. En parallèle, TSMC a reçu des aides pour de nouvelles installations à Kumamoto, qui produisent déjà des puces de 12 à 28 nm et dont une deuxième usine, dont le démarrage est prévu vers 2027, est en construction.

Pour Rapidus, les aides publiques réduisent les risques initiaux, mais elles ne dispensent ni d’attirer des investissements privés importants ni de faire preuve de la rigueur nécessaire pour conquérir et fidéliser des clients. Les critiques s’inquiètent d’une dépendance permanente aux subventions. Les partisans du projet estiment que, sans financement résolu, le pays prendrait encore plus de retard. L’issue dépendra de la rapidité avec laquelle Rapidus saura transformer ses prototypes en produits fiables, à haut rendement, auxquels les clients pourront faire confiance.

La course technologique au 2 nm

L’objectif phare de Rapidus est le 2 nm, un segment où l’attendent des concurrents de classe mondiale. Comprendre ce que cela signifie permet de saisir à la fois l’enthousiasme suscité par le projet et la difficulté de la tâche.

Ce que signifie vraiment le 2 nm

Les appellations des nœuds de gravure, comme 7 nm, 3 nm ou 2 nm, sont des raccourcis propres au secteur. Elles ne correspondent plus à une dimension physique unique sur une puce. Elles désignent plutôt une génération de procédés, caractérisée par des éléments plus petits, de nouvelles conceptions de transistors et des interconnexions plus resserrées. À ce niveau, les grandes fonderies utilisent des transistors à grille enveloppante, où la grille entoure le canal sur plusieurs côtés pour améliorer le contrôle et réduire les fuites de courant. À fréquence d’horloge égale, le résultat peut offrir de meilleures performances et une consommation d’énergie inférieure à celles des nœuds précédents.

Pourquoi l’EUV est essentielle

Le passage à ces nœuds nécessite la lithographie à ultraviolet extrême. L’EUV utilise une longueur d’onde bien plus courte que les outils à ultraviolet profond des générations précédentes, ce qui permet de graver des motifs plus précis et de très petites dimensions. ASML est la seule entreprise à fabriquer des scanners EUV. Le modèle NXE:3800E installé par Rapidus est conçu pour offrir un débit élevé aux nœuds logiques les plus avancés. L’installation et la mise en service de l’une de ces machines complexes constituent déjà un jalon important : elles exigent des compétences spécialisées, des environnements extrêmement propres et une coordination étroite entre des dizaines de fournisseurs.

Le principal défi : le rendement

Produire un dispositif fonctionnel sur une ligne pilote prouve que l’ensemble des procédés peut fonctionner. La production de masse est une autre affaire. Les fonderies doivent livrer des milliers de wafers par mois avec un rendement élevé, c’est-à-dire une forte proportion de puces par wafer respectant des critères stricts de performance et de fiabilité. La montée en rendement demande du temps, des capitaux et des ajustements menés avec les clients. TSMC et Samsung disposent d’une solide expérience dans ce domaine, ce qui explique en partie leur domination à la pointe. Rapidus devra rapidement progresser dans la maîtrise des procédés, la réduction des défauts et la disponibilité des équipements pour rivaliser.

La concurrence évolue elle aussi. TSMC a entamé les premiers travaux sur le 2 nm et continue d’améliorer ses procédés en 3 nm. Samsung communique sur son propre calendrier pour le 2 nm. Intel pousse son procédé Intel 18A, souvent présenté comme relevant approximativement de la classe 1,8 nm dans le jargon du secteur, même si ses conventions de dénomination diffèrent. La course est donc serrée, plusieurs leaders améliorant leurs procédés chaque année.

Clients, concurrents et stratégie

Conquérir des clients est aussi crucial que construire l’usine. TSMC et Samsung entretiennent depuis longtemps des relations avec les fabricants de téléphones, les entreprises du cloud et les concepteurs de puces. Ces partenariats influencent les choix de conception et vont jusqu’au développement conjoint sur un même site, ce qui complique la tâche d’un nouvel acteur désireux de déloger les entreprises en place.

Rapidus affirme vouloir se démarquer par sa rapidité et son attention aux besoins des clients, en proposant une production personnalisée à cycle court à ceux qui souhaitent une logique de pointe adaptée à leurs besoins. Cette approche pourrait séduire les constructeurs automobiles et les industriels japonais, qui veulent des approvisionnements locaux plus prévisibles après les pénuries de ces dernières années. Elle pourrait aussi attirer des concepteurs de puces d’IA en quête d’itérations rapides au début du cycle de développement de leurs produits. Pour nouer ces relations, Rapidus a ouvert un bureau aux États-Unis et organisé en 2025 des rencontres avec des clients à Hokkaido afin de présenter ses progrès et d’échanger avec de futurs clients.

Parallèlement, le reste de l’écosystème japonais des puces se met en mouvement. Kioxia a agrandi ses installations à Yokkaichi et Kitakami avec le soutien de Tokyo. Toshiba a construit une nouvelle usine dans la préfecture d’Ishikawa. Micron augmente ses capacités à Hiroshima grâce à plusieurs milliards de dollars de subventions. Samsung installe une base de recherche et développement à Yokohama. Et la présence de TSMC à Kumamoto a déjà entraîné l’arrivée de fournisseurs, une hausse des salaires et des améliorations des infrastructures locales à Kyushu, renforçant l’idée qu’une seule usine peut contribuer à la création d’un pôle industriel plus vaste.

Les talents et la communauté locale

Les machines ne fabriquent pas les puces à elles seules. Une nouvelle usine a besoin de milliers de travailleurs qualifiés, des ingénieurs procédés et techniciens spécialisés dans les équipements aux équipes chargées des installations, de la sécurité et de la logistique. Le Japon est confronté à un marché du travail tendu dans le secteur des semi-conducteurs, avec une pénurie estimée à plusieurs dizaines de milliers d’ingénieurs au cours des prochaines années. Hokkaido devra convaincre les talents de s’installer dans le nord et d’y rester.

Formation et enseignement

Rapidus s’associe à l’université d’Hokkaido et à d’autres établissements pour préparer les futurs recrutements. Le plan national comprend le Leading edge Semiconductor Technology Center, chargé de coordonner la recherche et la formation avec l’industrie. Des cours dispensés par des experts doivent accélérer l’acquisition de compétences en lithographie, gravure, dépôt, métrologie, conditionnement des puces et télécommunications. Ces programmes s’adressent aussi bien aux jeunes diplômés qu’aux professionnels en milieu de carrière venus de secteurs connexes.

Immigration et logement

Les dirigeants de l’entreprise reconnaissent qu’ils devront recruter des spécialistes étrangers pour respecter des calendriers ambitieux. Le sujet reste sensible dans un pays où l’opinion publique est peu favorable à un afflux important de travailleurs étrangers. Les autorités locales de Chitose préparent des logements et des services de proximité pour les salariés qui arriveront et leurs familles. La coordination des écoles, des transports et des équipements sera essentielle si la région veut conserver ces talents à long terme.

L’énergie est un autre enjeu pour le recrutement comme pour l’exploitation. Les usines de semi-conducteurs de pointe consomment de grandes quantités d’électricité et exigent une alimentation de qualité constante. La part de l’hydroélectricité, de l’éolien et du solaire augmente à Hokkaido, tandis que le débat se poursuit sur la meilleure manière de garantir une alimentation électrique de base stable à une usine qui ne peut se permettre le moindre arrêt. La planification énergétique régionale figurera, au même titre que le recrutement et la formation, parmi les défis pratiques à relever.

Géopolitique et sécurité des chaînes d’approvisionnement

Les semi-conducteurs sont au cœur de la rivalité stratégique. L’offensive de Tokyo associe des objectifs économiques à des impératifs de sécurité nationale, notamment la volonté de réduire le risque que des tensions politiques ou militaires ne perturbent l’approvisionnement en puces. Les craintes d’une crise dans le détroit de Taïwan ont renforcé l’attention portée à la diversification géographique. Le Japon s’est aligné sur ses partenaires américains et européens en matière de contrôles à l’exportation des équipements les plus avancés. Il travaille aussi en étroite collaboration avec des centres de recherche et des entreprises américains et européens pour partager leur savoir-faire et bâtir des chaînes d’approvisionnement plus résilientes.

Le Japon conserve une position forte dans les matériaux, les produits chimiques spécialisés et les équipements de fabrication de puces, grâce à des entreprises comme Tokyo Electron, Shin Etsu et JSR. En ajoutant la production de puces logiques de pointe à ces atouts, les responsables politiques espèrent créer un marché intérieur favorable à la conception et à la fabrication locales, tout en restant étroitement lié aux marchés des pays alliés.

Les prochains indicateurs à surveiller

Les deux prochaines années montreront si le pari d’Hokkaido peut passer des promesses à la production à grande échelle. Parmi les jalons importants figurent la poursuite de l’installation et de la qualification des équipements de procédé à IIM 1, une production régulière sur la ligne pilote et les premières livraisons de puces prototypes à des clients payants. Il faudra surveiller la progression des rendements et l’engagement de premiers clients de premier plan à passer des commandes répétées.

Le financement restera un enjeu majeur. Le gouvernement prépare des aides supplémentaires, et les capitaux privés joueront un rôle plus important si les jalons techniques sont atteints dans les délais. Le nombre de travailleurs à Chitose et le rythme des recrutements dans les universités et les centres de formation permettront de voir si la pénurie de talents se résorbe. La planification énergétique visant à garantir une électricité stable et de qualité à Hokkaido alimentera également les débats locaux et nationaux.

Ailleurs au Japon, la deuxième usine de TSMC à Kumamoto devrait entrer en service vers 2027. Ce calendrier coïncide avec l’objectif de production de masse de Rapidus et permettra de mesurer si le Japon peut soutenir simultanément plusieurs pôles de croissance dans l’industrie manufacturière de pointe. Si l’effet de cluster se concrétise, il pourrait transformer les économies régionales de Kyushu comme d’Hokkaido.

À retenir

• Rapidus a installé un scanner EUV à Chitose, lancé une ligne pilote et vérifié le fonctionnement d’un prototype de dispositif en 2 nm.
• L’entreprise vise une production de masse en 2027 et rivalisera avec TSMC et Samsung dans la catégorie des nœuds les plus avancés.
• Hokkaido offre des terrains, de l’eau, un climat frais et un potentiel croissant en énergies renouvelables, attirant dans la région des fournisseurs comme ASML et Tokyo Electron.
• Les besoins de financement sont considérables : environ 5 000 milliards de yens pour la production de masse, tandis que l’État prévoit des investissements supplémentaires et un soutien politique.
• Le Japon associe les subventions à la recherche et à la formation par l’intermédiaire du Leading edge Semiconductor Technology Center pour répondre à une importante pénurie de talents.
• Les usines de TSMC à Kumamoto et les expansions de Micron, Kioxia, Toshiba et Samsung illustrent le renouveau plus large de l’activité dans le secteur des semi-conducteurs au Japon.
• La géopolitique et la sécurité économique sont des moteurs essentiels : Tokyo cherche à renforcer la résilience des chaînes d’approvisionnement avec les États-Unis et l’Europe.
• Les progrès de 2025 à 2027 dépendront de la montée en rendement, des engagements des clients, de la croissance des effectifs et d’une alimentation électrique stable pour assurer le fonctionnement continu des usines.