En 1985, il rejoint IBM Microelectronics et à partir de 1991 participe à la mise en production sur le site IBM de Corbeil-Essonnes d'une mémoire DRAM 16 Mb développée et aussi produite dans l'usine IBM d'Essex Junction dans le Vermont. Cette mise en production se fait dans le cadre d'un accord avec la division semi-conducteur de Siemens.
Il intègre ensuite Motorola, à Toulouse, où il est directeur opérationnel pendant trois ans[1].
De 1998 à 2003, il participe à la création d'Altis Semiconductor, une coentreprise entre IBM microelectronics et Infineon sur le site IBM de Corbeil-Essonnes, dont il devient le premier directeur général.
De 2003 à 2004, il est vice-président des opérations semi-conducteurs au niveau mondial chez IBM[5].
De au , il est à la tête de l'entreprise de produits et services informatiques Bull[5]. Il en accélère le redressement et le repositionnement dans certaines technologies (supercalculateurs et sécurité)[réf. nécessaire].
Le , il rejoint la société STMicroelectronics comme directeur des opérations (COO - Chief Operating Officer)[6].
Le , il devient PDG (CEO) de ST-Ericsson, une coentreprise de STMicroelectronics et Ericsson en remplacement de Gilles Delfassy, tout en gardant son titre de COO de STMicrolectronics[7].
Le , Didier Lamouche annonce sa démission, à compter du , de la coentreprise ST-Ericsson, pour poursuivre "d'autres opportunités"[8] à la suite de son désaccord avec la décision du groupe de quitter le domaine du mobile[2].
Le , Didier Lamouche remplace Xavier Drilhon au poste de PDG d'Oberthur Technologies[2] entreprise spécialisée dans la fabrication de cartes à puce. Il est président du directoire d’Oberthur Technologies, et depuis 2017, à la suite de la fusion avec l'entreprise Morpho, président du directoire d'Idemia.
Didier Lamouche a également servi au conseil d’administration de plusieurs sociétés cotées : Soitec (depuis 2005), Adecco (depuis 2011), STMicroelectronics (de 2006 à 2010)[5], Atari (de 2007 à 2011) ; ainsi que de sociétés non cotées : ST-Ericsson (2011) et Cameca, société d'instrumentation scientifique (de 2005 à 2007)[1].
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