Quelle est la loi de Moore et cette prophétie informatique vieille de plusieurs décennies est-elle encore vraie?

Gordon Moore n’était pas trop enthousiasmé quand on lui a demandé d’écrire un article pour célébrer le 35e anniversaire du magazine électronique en 1965. « On m’a donné la corvée de prédire ce qui se passerait dans les composants du silicium au cours des dix prochaines années », il rappelé 40 ans plus tard. Mais en tant que directeur de la R&D à Fairfield Semiconductor, qui avait développé la percée transistor plan En 1959, il a été parfaitement placé pour évaluer les progrès réalisés en six ans.

En particulier, Moore a remarqué que Fairfield avait doublé le nombre de transistors qui pouvaient être placés sur une puce chaque année – pouvant en serrer 60 là où il y en avait deux. Il a ensuite « extrapolé aveuglément pendant une dizaine d’années et a dit, d’accord, en 1975, nous aurons environ 60 000 composants sur une puce ». En d’autres termes, chaque année, le nombre avait doublé et Moore pensait qu’il continuerait de doubler. Sa prédiction était soignée et facile à comprendre – mais surtout, cela a fonctionné.

L’idée a été rapidement surnommée la loi de Moore, et elle s’est surtout vrai jusqu’en 1975. (Pour être strictement exact, le nombre a doublé neuf fois sur dix ans plutôt que dix fois sur dix ans). Voyant des complications plus loin, Moore a révisé sa prédiction à un doublement tous les deux ans, et remarquablement, sa prédiction s’est une fois de plus avérée (à peu près) précise pendant les 40 prochaines années.

Sa seule erreur est que le taux de doublement était en fait plus rapide – le doublement tous les 21 mois en moyenne.

La prophétie auto-réalisatrice de Moore

L’une des raisons du succès de la prédiction de Moore est qu’elle est devenue un guide – presque une cible – pour les concepteurs de puces. Ce fut particulièrement le cas pour Intel, la société que Gordon Moore a co-fondé avec Robert Noyce en 1968. Moore et Noyce, l’un des ingénieurs derrière le processus planaire, ont connu un potentiel dans les circuits intégrés que le Fairfield atteint de récession et prudent n’a pas fait.

En 1971, Intel aurait son premier grand succès: le microprocesseur 4004. Il comprenait 2 300 transistors mesurant 10 microns d’épaisseur – cinq fois plus minces qu’une mèche de cheveux humains. Un peu plus de dix ans plus tard, Intel a introduit le processeur 80286, avec 134 000 transistors mesurant chacun 1,5 microns (à cause de cela, il est appelé un « processus de 1,5 micron »). Ces développements ont émergé très conformément à la loi révisée de Moore.

En regardant en arrière au fil des ans qui ont suivi – les années 80, 1990 et le début des années 2000 – il peut sembler que la voie du progrès a été fluide. La loi de Moore a continué à tenir, après tout. Mais cela n’était possible qu’en raison d’une série de percées majeures, chacune résolvant un problème qui, à un moment donné, semblait impossible.

Certains étaient basés sur la science des matériaux, comme l’amélioration des méthodes de «dopage» qui insérent des impuretés dans un semi-conducteur pour mieux contrôler sa conductivité. Ou la création de la technologie complémentaire de supraconducteur d’oxyde métallique (CMOS) au milieu des années 80, ce qui a entraîné une consommation d’énergie plus faible et donc moins de chaleur. D’autres percées sont survenues dans le processus de fabrication, telles que le développement d’une lithographie ultraviolette extrême (EUV) pour gravir les modèles sur des plaquettes toujours plus petites.

Et les innovations ne se sont pas arrêtées. Nous avons mentionné le processeur planaire, où les transistors se trouvent sur un plan de niveau, au début de cet article. Il a fallu des années de recherche et de développement – (quatre chercheurs japonais à Delta a créé la première conception verticale pour un processeur en 1989) – Mais à son arrivée, le processeur Vertical FinFet a donné à la loi de Moore la vie fraîche en 2012 sous la forme de processeurs de troisième génération d’Intel Core i3, i5 et i7. Ceux-ci ont utilisé un processeur 22 nm et emballé jusqu’à 1,4 milliard de processeurs.

Ce ne sont qu’une poignée des innovations que Gordon Moore n’aurait jamais pu prévoir mais a permis à sa loi de se tenir vrai. Mais il y avait un problème apparemment impossible qui se profile à l’horizon – la physique.

Pourquoi plus petit n’est pas toujours mieux

Une mèche de cheveux a environ 50 microns d’épaisseur. Une mote de poussière autour de cinq microns. Une cellule bactérienne, comme le mycoplasma, mesure 0,5 microns. Maintenant, considérez que les transistors modernes ont souvent 0,005 microns d’épaisseur, ou 5 nanomètres (5 nm) et vous vous rendrez compte que nous approchons des niveaux atomiques. Nous entendons que littéralement: l’espace entre le centre de deux atomes de silicium adjacents est d’environ 0,235 nanomètres, vous pouvez donc presser environ 21 dans un espace 5 nm.

Considérez ensuite que les derniers processus de fabrication du CPU ont encore réduit, de 5 nm à 2 nm, ce qui signifie un espace pour huit atomes de silicium. À ce stade, nous commençons à atteindre le point où quantique mécanique les effets prévalent, comme les tunnelings quantiques, qui provoque une fuite d’électrons. Ce n’est pas une propriété que vous voulez dans un transistor.

Tout cela signifie que l’approche simple de «rendre les choses plus petites» ne fonctionne plus seule. C’est pourquoi nous avons vu une éloignement de la miniaturisation et plutôt vers des processeurs plus sophistiqués, avec chaque puce de chaque appareil que vous possédez maintenant, y compris de nombreux cœurs différents afin que les tâches puissent être divisées entre elles.

La loi de Moore est-elle toujours pertinente?

Dans le sens le plus simple, non. Les jours où nous pouvions doubler le nombre de transistors sur une puce tous les deux ans sont loin derrière nous. Cependant, la loi de Moore a agi comme un ptresseur dans une course de plusieurs décennies pour créer des puces qui effectuent des tâches plus compliquées plus rapidement, d’autant plus rapidement que nos attentes en matière de progrès continu se poursuivent.

Pour mesurer son succès, considérez que si la loi de Moore avait suggéré un doublement tous les 10 ans au lieu de tous les deux, nous serions coincés avec des ordinateurs de l’ère des années 1980. Steve Jobs n’aurait jamais pu annoncer l’iPhone en 2007, établissant l’ère des smartphones.

Ce rythme est quelque chose qui est maintenant exigé non seulement par les consommateurs, mais les conseils d’administration des entreprises technologiques. C’est l’un des pilotes derrière les unités de traitement neuronal (NPU) à l’intérieur de processeurs récents, capable de diriger local intelligence artificielle (AI) Tâches qui sont hors de portée des processeurs conventionnels. Pour l’instant, cette technologie peut effectuer des tâches simples telles que l’élimination des personnes indésirables de l’arrière-plan de nos photos, mais ce n’est que le début.

Les NPU sont les grandes nouvelles aujourd’hui, tout comme les incroyables équivalents alimentés par NVIDIA dans les centres de données qui stimulent Chatgpt, MidJourney et les autres services d’IA sur lesquels nous venons progressivement. Pendant ce temps, il semble que les assistants personnels de l’IA soient un rythme cardiaque, avec des sauts encore plus importants susceptibles de venir au cours de la prochaine décennie.

Nous ne pouvons pas encore être sûrs de ce que ces sauts impliquent. Ce que nous pouvons dire, c’est que les développements se produisent actuellement dans les laboratoires de recherche universitaires et les divisions de R&D dans des mégacorporations telles que Intel. L’un de ces laboratoires pourrait encore trouver un moyen de s’entasser encore plus de transistors dans des zones encore plus petites – ou peut-être s’éloigner complètement des transistors – mais cela semble peu probable.

Au lieu de cela, la loi de Moore perdure comme une attente du rythme des progrès. L’attente que chaque entreprise technologique de Deepseek à Meta à Openai continuera à utiliser comme guide.