Le jour où votre tablette durera trente ans

La loi de Moore, énoncée en 1965 par Gordon Moore, prédisait en gros le doublement du nombre de transistors sur un seul circuit intégré tous les deux ans. Elle a donc cinquante ans, et sa longévité est tout simplement stupéfiante. On est ainsi passé de quelque 50 à 60 transistors ou interrupteurs par circuit en 1965 à environ 10 milliards en 2015, avec comme résultat l’explosion de la puissance de calcul, du stockage de données et des communications de nos ordinateurs, PC, tablettes, téléphones et Internet d’aujourd’hui. En 2014, 250 milliards de milliards de transistors ont été fabriqués. On pense qu’il y a environ un milliard de milliards de fourmis sur terre.

La loi de Moore est une loi exponentielle (c’est-à-dire qu’il y a doublement à chaque période de temps), dont on sait qu’elle ne peut pas durer éternellement. Rappelez-vous l’histoire de l’étang et des nénuphars qui doublent de surface tous les jours. Lorsque l’étang est à moitié couvert, il le sera complètement le lendemain. Et le jour suivant? C’est un autre exemple de loi exponentielle. Donc comme le disait Gordon Moore lui-même, cela va s’arrêter un jour. Mais quand?

Avant de répondre à cette question, il faut souligner à quel point les progrès technologiques nécessaires à la fabrication d’un circuit de plusieurs milliards de transistors ont été spectaculaires pour arriver à des transistors de dimensions de 20 nanomètres, alors que l’épaisseur d’un cheveu est de 100 000 nanomètres ou 100 microns. On n’a jamais vu un domaine technique progresser si vite. On peut saluer cette aventure extraordinaire de la microélectronique, passant en cinquante ans de transistors de 10 microns à 10 nanomètres (facteur de réduction de un million en surface de silicium).

Néanmoins, depuis l’an 2000, les transistors que l’on fabrique sont devenus si petits qu’ils deviennent de très mauvais interrupteurs, qui ne peuvent plus bloquer complètement le courant (on parle de courant de fuite) et qui ont des comportements différents pour des transistors rigoureusement identiques: on parle de variabilité technologique. Les performances tant en vitesse qu’en consommation d’énergie n’ont donc pas été aussi spectaculaires que lors des décennies précédentes, mais le coût par transistor a quand même continué de baisser, ce qui fait que la loi de Moore est restée vraie.

Et voilà qu’aujourd’hui, en 2015, certains spécialistes des semi-conducteurs affirment que le coût par transistor va augmenter depuis les dimensions 28 à 22 nanomètres, soit qu’un transistor de 18 ou 14 nanomètres sera plus cher à fabriquer qu’un transistor de 28 ou 22 nanomètres. Et cela change tout: la seule réelle motivation menant à l’introduction de technologies de plus en plus fines était cette réduction de coût. Si ce n’est plus le cas, pourquoi alors introduire de nouveaux nœuds technologiques? Et c’est la fin de la loi de Moore.

D’autres experts pensent que la réduction des dimensions des transistors s’arrêtera à 5 à 10 nanomètres à l’horizon 2020 à 2025, car ils sont d’avis que le coût par transistor va encore baisser. Cela veut dire que sur le plan technologique, atteindre 10 ou 5 nanomètres sera certainement possible en recourant à toute la créativité des ingénieurs chargés de développer ces technologies, mais il est à redouter que ce soit un non-sens économique.

Retraité d’Intel, vivant à Hawaii, qu’en pense Gordon Moore? Il affirme que la loi de Moore va mourir dans les dix ans à venir, mais que cela n’est pas une surprise, en cela il est rejoint par beaucoup: la loi de Moore ne fêtera pas ses 60 ans!

La question intéressante est alors de savoir ce que cela va changer dans l’industrie électronique. Il y a beaucoup de prédictions et de nouvelles idées. D’une part, beaucoup misent sur les nouvelles nanotechnologies avec des interrupteurs de dimensions proches du nanomètre. Il y a beaucoup de propositions, comme les nanotubes de carbone, les nanofils, le graphène, les transistors moléculaires, etc.

Mais Gordon Moore le dit lui-même: il sera très difficile pour les nanotechnologies de battre les records des circuits en silicium, comportant plusieurs milliards de transistors avec dix ou douze niveaux d’interconnexions (plusieurs kilomètres de fils métalliques sur un seul circuit intégré).

Ainsi, ma prédiction est que l’on va conserver pour toujours un ensemble de technologies silicium allant de 100 à 15-20 nanomètres, qui coexisteraient avec des nanotechnologies utilisées pour des applications différentes des microprocesseurs. Certains imaginent un parallélisme massif à l’image du cerveau. Cela veut dire qu’il n’y aura plus de progrès sur le plan des technologies microélectroniques. Néanmoins, le facteur de différenciation entre compagnies concurrentes sera la conception de circuits, en imaginant de meilleures architectures de circuits, de meilleurs logiciels embarqués, etc.

A la limite, des entreprises concurrentes pourraient utiliser des circuits identiques, soit le même matériel, celui-ci n’étant plus un différenciateur.

Mais alors, si le matériel n’est plus un facteur de différentiation, pourquoi changer tous les deux ans de téléphone portable, ou tous les deux ou trois ans de tablette ou de PC? En effet, si le prochain téléphone ou PC a le même circuit et donc les mêmes performances, pourquoi en changer? On est aujourd’hui parfaitement capable de fabriquer des objets qui durent quinze à trente ans. Donc pour un PC, il suffira de remettre à jour le logiciel, et le cas échéant, d’agir sur la reconfiguration des circuits, pour obtenir l’équivalent d’un nouveau PC.

Cela constitue un changement majeur de paradigme, qui serait très bénéfique sur le plan de la réduction de l’énergie de fabrication (il faut 6 à 7 gigajoules pour fabriquer un PC qui consomme 1 à 2 gigajoules en trois ans d’utilisation à la maison).

On pourra même léguer à ses enfants PC, tablettes et téléphones portables, comme on le fait pour les montres mécaniques, livres anciens et bijoux de famille.

Christian Piguet, professeur à l’École polytechnique fédérale de Lausanne.

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