les puces électroniques ont-elles finalement atteint leurs limites?

L’observation faite par le cofondateur d’Intel il y a près d’un demi-siècle a guidé les progrès fulgurants de l’informatique moderne. Mais elle pourrait avoir atteint le bout de son potentiel. C’est en tout cas l’avis du géant Nvidia.

Comment nos smartphones d’aujourd’hui peuvent-ils être des millions de fois plus puissants que l’ordinateur installé sur la fusée lunaire Apollo 11? C’est en grande partie grâce à une des règles fondamentales de l’informatique moderne, mais qui fait désormais l’objet de débats intenses entre les principaux acteurs du secteur: la loi de Moore.

Cette “loi” a été imaginée en 1965 par Gordon Moore, à l’époque directeur du secteur Recherche & Développement de Fairchild Semiconductor, et futur cofondateur du géant de l’électronique Intel. Selon lui, le nombre de transistors sur une puce électronique de taille constante devait doubler tous les ans dans les années 1970, rythme ensuite ramené à tous les deux ans dès les années 1980.

Une règle qui peut paraître complexe, mais dont les effets sont relativement simples à comprendre: le transistor est l’un des éléments de base de l’électronique moderne, un des fameux semi-conducteurs aujourd’hui omniprésents et dont la pénurie handicape de très nombreux secteurs industriels. Si une machine en contient plus – parce qu’ils sont devenus plus petits par exemple – elle peut alors réaliser des opérations complexes plus rapidement, et donc être plus puissante.

Devenue un des fondements des espoirs transhumanistes de numériser le cerveau, la loi de Moore n’a rien d’un mécanisme physique mais plutôt d’une prédiction économique, basée sur la demande et la compétition entre les acteurs du secteur.

Des composants 20.000 fois plus fins qu’un cheveu

Et ce qui ne semblait être qu’une prédiction au doigt mouillé s’est vérifiée historiquement: le nombre de transistors sur une même puce électronique a augmenté de manière exponentielle depuis un demi-siècle. Il est passé de 2308 en 1971 à plus de 19 milliards en 2017, selon les données compilées par le site Our World in Data.

C’est en grande partie grâce à la miniaturisation des composants, dont les plus petits mesurent aujourd’hui moins d’une dizaine de nanomètres – à titre de comparaison, un cheveu mesure près de 100.000 nanomètres de large. Les principaux fabricants de composants électroniques, dont le taïwanais TSMC et le sud-coréen Samsung, mènent depuis des années une course à la miniaturisation sans merci: ils peuvent produire des transistors de 5 nanomètres, et le sud-coréen a devancé son adversaire en expédiant récemment le premier des puces de 3 nanomètres. Intel, quant à elle, reste bloquée aux alentours de 7 nanomètres, selon CNBC.

Mais cette course effrénée pourrait se heurter à des limites physiques. En-dessous d’une certaine taille, on entre dans le domaine de l’infiniment petit, qui est régi par les règles de la physique quantique. Les électrons qui se déplacent dans les circuits pourraient par exemple traverser les matériaux s’ils sont trop fins, à cause de “l’effet tunnel quantique”, ce qui pose de nouveaux défis.

L’autre problème, c’est que le coût de chaque nouvelle avancée est lui aussi exponentiel. L’usine que TSMC construit dans l’Arizona, pour fabriquer des puces de 5 nanomètres à partir de 2024, doit coûter à elle seule 12 milliards de dollars selon Reuters.

Quel avenir pour la loi de Moore?

Intel affirme pourtant que la loi empirique édictée par son cofondateur est toujours d’actualité. Il faut dire que l’entreprise, qui compte dépenser des dizaines de milliards de dollars (dont 80 milliards en Europe) pour rattraper son retard dans la course à la miniaturisation, a des choses à prouver.

Elle compte notamment sur de nouvelles techniques de lithographie à rayonnement ultraviolet et une nouvelle architecture de puces (appelée RibbonFET) pour accumuler les transistors toujours plus petits. Avec pour objectif d’atteindre “mille milliards de transistors sur un seul boîtier de puce à la fin de la décennie”, a déclaré le patron d’Intel Pat Gelsinger lors de la présentation de nouveaux produits, au début du mois d’octobre.

Mais d’autres sont plus sceptiques, comme Nvidia, le géant des cartes graphiques dont le président Jensen Huang expliquait aux investisseurs en septembre que “la méthode du passage en force avec de nouveaux transistors et les avancées de la loi de Moore sont largement arrivées à leur terme”, selon CNBC. Et de trancher: “la loi de Moore est morte”.

C’est pourquoi les géants de l’électronique cherchent aussi à repousser les limites actuelles sans forcément passer par la réduction des transistors. Parmi les procédés étudiés, l’ordinateur quantique, qui repose sur l’interaction de “qubits” – une unité de stockage quantique – et qui doivent être des milliers de fois plus puissants qu’un ordinateur classique. Mais malgré les prototypes mis en avant par les grandes entreprises comme Google ou IBM, aucune de ces machines n’a pour l’instant atteint son objectif, en raison de la complexité extrême de ce nouveau terrain de jeu. Autant dire qu’il faudra encore entasser les transistors sur des puces pendant quelques années.