Gordon Moore, le cofondateur d’Intel, est l’homme responsable de la loi de Moore. Il s’agit d’une observation faite par Moore selon laquelle la densité des transistors des circuits intégrés double tous les deux ans. Certains disent que la loi de Moore est maintenant morte, mais pourquoi ?
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Ce que dit la loi de Moore
Gordon Moore a fait sa première observation en 1965 :
« La complexité pour des coûts de composants minimaux a augmenté à un rythme d’environ un facteur de deux par an. À court terme, on peut certainement s’attendre à ce que ce taux continue, voire augmente. À plus long terme, le taux d’augmentation est un peu plus incertain, bien qu’il n’y ait aucune raison de croire qu’il ne restera pas presque constant pendant au moins 10 ans. » – Gordon Moore dans Cramming more components onto integrated circuits.
Cette phrase peut être interprétée de plusieurs façons, mais elle implique deux choses. Premièrement, (à l’époque) le circuit intégré (CI) le plus basique doublerait en densité de transistors chaque année. Deuxièmement, que cela serait également vrai au niveau de coût le plus bas. Ainsi, si le coût de fabrication d’un CI d’une taille donnée reste stable dans le temps (en tenant compte de l’inflation), cela signifierait effectivement que le coût par transistor serait divisé par deux tous les deux ans.
Il s’agit d’un niveau étonnant de croissance exponentielle, comme le démontre le « problème du blé et de l’échiquier » : si l’on met un grain de blé (ou de riz) sur la première case et que l’on double ensuite la quantité pour chaque case successive, on arrive à bien plus de 18 quintillions de grains à la case 64 !
Plus tard, Moore a révisé son observation pour étendre le délai à une fois tous les dix-huit mois, puis finalement à une fois tous les deux ans. Ainsi, si la densité des transistors continue de doubler, le rythme semble se ralentir.
Ce n’est pas vraiment une loi
Bien qu’elle ait été surnommée « loi de Moore », il ne s’agit pas d’une loi au sens propre du terme. En d’autres termes, ce n’est pas comme une loi naturelle qui décrit le fonctionnement de choses comme la gravité. Il s’agit d’une observation et d’une projection des tendances historiques dans l’avenir.
En moyenne, la loi de Moore s’est maintenue depuis 1965 et, d’une certaine manière, c’est un point de référence pour l’industrie des semi-conducteurs qui lui permet de savoir approximativement si elle est sur la bonne voie, mais il n’y a aucune raison pour que ce soit vrai ou que cela reste vrai indéfiniment.
Les performances ne se limitent pas à la densité de transistors
Le transistor est le composant fondamental d’un dispositif à semi-conducteurs, tel qu’un processeur. C’est à partir des transistors que sont construits des dispositifs tels que les portes logiques, qui permettent le traitement structuré des données en code binaire.
En théorie, si vous doublez le nombre de transistors que vous pouvez placer dans un espace donné, vous doublez la quantité de traitement possible. Toutefois, ce n’est pas seulement le nombre de transistors qui compte, mais ce que vous en faites. Les microprocesseurs ont bénéficié de nombreuses avancées en termes d’efficacité, avec des conceptions spécialisées pour accélérer des types de traitement spécifiques, comme le décodage de vidéos ou les calculs spécialisés nécessaires à l’apprentissage automatique.
Le rétrécissement des transistors permet généralement aussi d’atteindre des fréquences de fonctionnement plus élevées tout en consommant moins d’énergie pour la même quantité de puissance de traitement d’une génération précédente. La loi de Moore se limite à la densité des transistors, mais la relation entre la densité des transistors et les performances n’est pas linéaire.
Que signifie « C’est mort » ?
Au fil des ans, l’expression « la loi de Moore est morte » a été prononcée à plusieurs reprises, et sa véracité dépend de votre point de vue. Les densités de transistors continuent de doubler, mais à un rythme plus lent, Moore ayant révisé le calendrier à plusieurs reprises.
La raison pour laquelle certains prétendent que la loi est morte n’est pas que la densité des transistors ne double pas encore, mais que le coût des transistors ne diminue pas de moitié. En d’autres termes, vous ne pouvez plus obtenir deux fois plus de transistors pour le même prix après un cycle de doublement.
Ce phénomène s’explique en grande partie par le fait que nous approchons des limites de la taille des transistors. À l’heure où nous écrivons ces lignes, les processus de fabrication de 5 nm et 3 nm constituent la génération actuelle et la prochaine génération de technologie. À mesure que nous nous rapprochons de la limite ultime de ce qui est possible, le nombre de problèmes et le coût pour les surmonter sont susceptibles d’augmenter.
Toutefois, ce n’est pas parce que le prix des transistors ne diminue pas de moitié comme avant que les performances ne doublent ou ne diminuent pas de moitié. N’oubliez pas que le nombre de transistors n’est qu’une partie des performances. Nous atteignons des vitesses d’horloge plus élevées, nous intégrons plus de cœurs dans une seule unité de traitement, nous faisons plus avec nos transistors et nous créons un nouveau silicium qui peut accélérer des tâches spécifiques telles que l’apprentissage automatique. Dans ce sens élargi, la loi de Moore a encore de la vie, mais dans sa forme originale, elle est sous assistance respiratoire.
La loi de Moore doit mourir un jour ou l’autre
Personne n’a jamais cru que l’observation de Moore sur la densité et le coût des transistors resterait vraie pour toujours. Après tout, la courbe exponentielle devait finir par tendre vers une densité de transistors et des performances informatiques infinies. Pour autant que l’on sache, ce n’est pas possible, et il est particulièrement improbable que cela soit possible avec l’électronique à semi-conducteurs telle que nous la connaissons aujourd’hui.
Les minuscules composants des processeurs modernes sont déjà confrontés à de nombreux problèmes liés à des effets quantiques indésirables. À un moment donné, il n’est plus possible de garder les électrons à l’intérieur de vos minuscules circuits, et toute tentative de réduire la taille des composants se heurte à un mur.
À ce stade, il est peut-être temps de passer à un autre type de substrat informatique, comme la photonique, mais il existe probablement une myriade de moyens d’obtenir davantage de performances des semi-conducteurs sans avoir à réduire la taille des transistors.
Nous voyons déjà des moyens rentables de construire de grands processeurs à partir de plusieurs petits processeurs, comme les conceptions de chiplets d’AMD ou la stratégie d’Apple consistant à coller ses puces de base ensemble pour créer des méga-processeurs qui fonctionnent comme s’ils étaient un seul système. L’idée de construire des processeurs avec des circuits en 3D, avec des couches de composants de micropuces qui communiquent verticalement et horizontalement, présente un certain potentiel.
Si la limite ultime de la densité des transistors semble se rapprocher chaque jour un peu plus, la véritable limite de la puissance informatique réalisable reste une question ouverte.