En 1965, un chercheur nommé Gordon Moore a écrit un court article pour le magazine Electronics. Il dirigeait alors la R&D chez Fairchild Semiconductor. Son titre était direct : « Enfourner davantage de composants sur des circuits intégrés ».
Moore a remarqué quelque chose de spécifique. Des entreprises comme Fairchild doublaient le nombre de composants discrets sur un seul pouce carré de silicium tous les 12 mois. C’est une croissance exponentielle. Si vous prenez une puce de 1964 et la comparez à une de 1965, la plus récente avait deux fois plus de transistors. Il prédisait que cela continuerait à se produire. Indéfiniment. Jusqu’à ce que la physique s’en mêle.
Les deux piliers de la loi de Moore
L’observation de Moore n’était pas magique. Elle reposait sur deux jambes fragiles. Premièrement, il faut des avancées technologiques. Vous devez comprendre comment réduire les éléments. Deuxièmement, il faut de l’économie. La fabrication de masse doit être suffisamment bon marché pour soutenir la R&D. Si le processus coûte trop cher, la tendance s’arrête.
Nous ne l’appelons pas une « loi » parce que l’univers ne se soucie pas de nos délais. Il n’existe pas de règle fondamentale disant qu’un nouveau circuit intégré doit être deux fois plus puissant que le précédent. C’est une prophétie auto-réalisatrice. Des entreprises comme Intel dépensent des milliards pour suivre le rythme. Ils le font par fierté. Ils le font pour dominer le marché. Mais une prédiction vieille de près de 50 ans est-elle toujours d’actualité ?
Des sauts quantiques
La réponse courte est oui, mais avec des astérisques. La définition du « doublement » a changé. Nous n’ajoutons plus simplement des transistors. Nous changeons leur façon de fonctionner.
Regardez comment les puces modernes évoluent. Il ne s’agit pas seulement de créer des points plus petits. Il s’agit d’empilement 3D. Les fabricants vont au-delà du plan 2D traditionnel. Ils empilent des couches de mémoire au-dessus des couches logiques. C’est là que se cachent désormais les véritables gains.
“La loi de Moore est devenue une sorte de prophétie auto-réalisatrice alors que les fabricants de puces s’efforcent de suivre le rythme.”
Pourquoi est-ce important pour vous ? Parce que votre téléphone, votre ordinateur portable et votre réfrigérateur intelligent dépendent tous de cette mise à l’échelle. Lorsque le doublement ralentit, les prix augmentent. Plateaux de performances. Vous le remarquez lorsque votre nouvel appareil ne semble pas « deux fois plus rapide » que l’ancien.
L’économie des rendements décroissants
Voici le sale secret de la fabrication des puces. La fabrication de chaque génération successive de puces coûte plus cher. Une usine qui fabrique des puces de 14 nanomètres coûte moins cher qu’une usine qui fabrique des puces de 3 nanomètres. Les coûts de R&D sont astronomiques.
Ainsi, la « loi » se plie. Ça ne casse pas. Cela devient juste cher. Les entreprises trouvent de nouvelles façons d’emballer la densité. Ils utilisent la lithographie ultraviolette extrême (EUV). Ils repensent les architectures. L’objectif est toujours le même : intégrer plus dans moins d’espace. Mais le coût par transistor augmente.
Cette tendance va-t-elle se poursuivre ? Probablement. Mais la définition de « plus de composants » est en train de changer. Ce n’est pas seulement une question de quantité. C’est une question de qualité. Et l’efficacité.
Le prochain pas n’est pas seulement plus petit. C’est plus intelligent. Et cela coûte de l’argent.
Chaque année, quelqu’un déclare la fin de la loi de Moore. Les critiques ont généralement tort. Les transistors à l’intérieur de votre processeur sont désormais si petits que vous ne pouvez pas les voir au microscope optique. Nous sommes profondément à l’échelle nanométrique. La physique change ici. Les règles classiques s’effondrent. La mécanique quantique prend le relais. Ça devient bizarre.
Prenez le tunnel quantique. Imaginez un électron non pas comme une boule solide, mais comme une onde. La vague a une forme. Une courbe en cloche. Les pointes étroites montrent où l’électron pourrait se trouver. Le large milieu est là où il se trouve probablement. Imaginez maintenant cette vague heurtant une barrière. Un écart entre deux conducteurs. Si l’onde touche l’autre côté, l’électron a une chance d’y apparaître. Il traverse un tunnel. Cela ne devrait pas être possible. Mais c’est le cas.
C’est un problème pour les chips. Un microprocesseur est un système routier pour les électrons. Les transistors sont des portes. Ils contrôlent le flux. Un portail fermé bloque la circulation. Mais réduisez ces portes trop loin. Vous avez heurté le mur quantique. Les électrons fuient. L’ordinateur reçoit de mauvaises données. Les calculs échouent.
Les ingénieurs se battent contre cela depuis des années. Ils ont changé de matériaux. Ils ont construit des portes en 3D. Ils ont amélioré l’efficacité. Cela a fait gagner du temps. Mais la loi de Moore survit pour une autre raison. Nous changeons constamment la définition de la « loi de Moore ».
Que prédit exactement la loi de Moore maintenant ?
L’observation initiale était simple. Gordon Moore, co-fondateur d’Intel, a remarqué que le nombre de transistors sur une puce doublait environ tous les deux ans. C’était la prédiction. C’était la loi.
Aujourd’hui, plus personne ne mesure le nombre de transistors. C’est trop bruyant. Il est trop difficile de compter les petites structures 3D. L’industrie a changé la métrique. Maintenant, regardons les performances par watt. Ou la vitesse de l’horloge. Ou même simplement le fait que les puces deviennent toujours moins chères par unité de performance.
Lorsque les gens demandent en quoi la loi de Moore est toujours pertinente, la réponse est qu’il ne s’agit plus d’une prédiction sur la géométrie. C’est une prédiction sur l’économie. Les puces sont de plus en plus efficaces. Ils fournissent toujours plus de puissance de calcul pour un coût identique ou inférieur. La courbe tient. Non pas parce que les transistors sont de plus en plus petits, mais parce que les ingénieurs savent de mieux en mieux comment les emballer.
Le passage de la taille à l’architecture
Nous nous sommes heurtés à un mur avec des transistors planaires. Vous ne pouvez réduire autant qu’un transistor plat avant qu’une fuite ne tue la batterie et le processeur. La solution n’était pas seulement des fils plus petits. C’était un espace vertical.
Entrez les FinFET. Ces transistors entourent le canal. Comme une nageoire dans l’eau. Ils donnent à la porte un meilleur contrôle sur le flux d’électrons. Moins de fuite. Meilleures performances. Ce changement architectural a permis à l’industrie de continuer à doubler ses performances, même si la taille physique des composants individuels a cessé de diminuer au même rythme.
Puis vint la révolution du multicœur. Si un cœur ne peut pas aller beaucoup plus vite, ajoutez-en d’autres. Cela a changé quelles métriques comptent. Ce n’était pas seulement une question de vitesse. C’était une question de débit. Les appareils mobiles en avaient besoin. Les serveurs en avaient besoin. La définition du « progrès » s’est élargie pour inclure le parallélisme.
Pourquoi c’est important pour votre prochaine mise à niveau
Vous n’avez pas besoin de connaître la mécanique quantique pour vous en soucier. Vous vous en souciez parce que vos attentes sont fixées par cette « loi ». Si la loi de Moore est morte, on pourrait penser que la stagnation technologique est là. Ce n’est pas le cas. Les méthodes ont juste changé.
Nous passons d’une densité de mise à l’échelle à une accélération spécialisée. GPU. TPU. Unités de traitement neuronal. Ces puces ne reposent pas uniquement sur de minuscules transistors. Ils s’appuient sur une architecture conçue pour des tâches spécifiques. C’est la nouvelle frontière du droit. Il s’agit de faire plus avec moins.
La fin de la loi de Moore est un mythe. La définition n’est qu’une cible mouvante. Et nous sommes toujours en mouvement.
La loi de Moore n’a jamais vraiment porté sur la physique. Il s’agissait d’une promesse précise : le nombre de composants discrets sur un circuit intégré nouvellement fabriqué doublerait tous les douze mois. Nous truquons ce chiffre maintenant. Les initiés de l’industrie disent que c’est tous les 18 à 24 mois. Et nous ne nous contentons plus de compter les éléments.
Nous avons déplacé les objectifs. L’interprétation moderne de la loi de Moore se concentre sur la puissance de traitement plutôt que sur les composants physiques. L’idée est assez simple pour une estimation approximative. Donnez à l’industrie 18 à 24 mois. Regardez la vitesse du microprocesseur doubler. Cela ne signifie pas qu’il y a deux fois plus de transistors sur une puce de 2012 par rapport à 2010. Cela signifie que nous avons trouvé de meilleures façons de concevoir la puce. L’efficacité dépasse le volume brut. Nous obtenons une augmentation de vitesse sans avoir besoin d’une croissance exponentielle du nombre de composants.
Redéfinir ainsi le droit étend son utilité. Les fabricants combinent une nouvelle technologie de fabrication avec une meilleure architecture. Ils suivent le rythme. Le constat reste d’actualité.
Redéfinir la loi de Moore est-il de la triche ?
C’est comme ça. Gordon Moore a prédit en 1965 qu’une puce fabriquée en 1975 contiendrait 65 000 transistors. Il avait raison. Aujourd’hui, Intel construit des processeurs dotés de 2,6 milliards de transistors. Les mathématiques ont changé. La densité est folle. Les ordinateurs traitent les données plus rapidement que jamais. Un PC domestique d’aujourd’hui a autant de puissance que certains des premiers superordinateurs il y a des décennies.
Mais est-ce important si nous ne doublons pas littéralement le nombre de transistors ? Si nous vivons dans une ère post-PC, comme Steve Jobs l’a suggéré un jour, la puissance brute est peut-être moins pertinente. Peut-être que la portabilité et l’efficacité énergétique sont plus importantes. Si cela est vrai, la loi de Moore ne prend fin pas parce que nous nous heurtons à un mur physique. Cela prend fin parce que cela n’a plus de sens économique. Pourquoi continuer à repousser les limites si le marché ne valorise pas les cycles supplémentaires ?
Qui a réellement besoin de courant ?
Certains acheteurs exigent toujours les normes les plus élevées. Les passionnés de jeux vidéo en ont besoin. Les professionnels travaillant avec les médias haute définition en ont envie. Ils ont besoin de toute la puissance de traitement possible.
Et le reste d’entre nous ?
Nous pourrions transformer nos ordinateurs personnels en terminaux stupides. Nous accédons à tout via le cloud. Mais le cloud n’est pas magique. C’est l’ordinateur de quelqu’un d’autre. Quelque part, il doit y avoir une machine dotée d’un processeur puissant qui gère cette charge. La demande évolue. Cela ne disparaît pas.
Peut-être verrons-nous un autre ajustement de la loi de Moore avec un délai plus long. La définition pourrait être plus large. Les processeurs peuvent doubler leur puissance moins fréquemment. Avec son histoire changeante, le concept semble susceptible de perdurer. Sous une forme ou une autre, il survivra.
Note de l’auteur
Questions fréquemment répondues
Qu’est-ce que la loi de Moore en termes simples ?
La loi de Moore est le principe selon lequel le nombre de transistors sur une puce électronique double tous les deux ans. Gordon Moore a adopté la loi en 1965.
