Loi de Moore, une fin annoncée

Le règne de la loi de Moore sur l’industrie électronique arrive maintenant à sa fin, ce qui était prévisible. Demain, nous pourrons nous souvenir de la période 1965-2015 (50 ans) comme l’âge d’or du microprocesseur, une période aujourd’hui en passe d’être révolue.

Loi de Moore ?

La pensée de Gordon Moore a été si souvent galvaudée, notamment dans la presse, qu’il convient de bien préciser ce que le futur cofondateur d’Intel avait réellement dit de sa vision du futur en matière de processeurs.

En 1965, pour le numéro marquant le trente-cinquième anniversaire du magazine Electronics, la rédaction avait demandé à Gordon Moore, qui était alors directeur de la recherche et du développement chez Fairchild Semiconductor, de donner ses prévisions sur l’avenir de l’industrie électronique dans les dix ans à venir.

Son article, intitulé “Caser le plus de composants dans les circuits intégrés” ¹, contenait des extrapolations faites en observant le développement des circuits intégrés depuis leur invention en 1958. Moore prédisait que la baisse des coûts permettrait de multiplier les applications de l’électronique dans toutes les sphères de la société. Il ajoutait que les semiconducteurs basés sur un substrat de silicium resteraient le principal médium de cette révolution.

Il expliquait aussi que le coût de chaque composant était inversement proportionnel au nombre de composants que l’on peut caser sur un circuit, et ce, jusqu’à un certain stade. Un composant sur un circuit de 40 composants revenait alors moins cher à fabriquer que s’il était sur un circuit de 10, des frais fixes de fabrication étant par exemple les mêmes, quel que soit ce qui se trouve sur le circuit. Au-delà d’une certaine complexité du circuit, le prix du composant remontait. Au moment où Moore écrivait cet article, le coût minimum du composant unitaire était atteint lorsque l’on avait 50 composants sur le circuit.

[Fig. 1, “Cramming More Components onto Integrated Circuits”, 1965.]

La prévision de Moore était que le coût minimum du composant, 5 ans plus tard en 1970, serait obtenu avec les circuits comportant environ 1000 composants (10³) et que pour 1975, ce nombre serait porté à 65 000. Confiant, Moore ajoutait qu’il croyait qu’un tel nombre de composants pourrait trouver sa place sur un seul wafer de silicium de seulement un quart de pouce carré (1,6 cm²). L’avenir confirmera toutes ses prédictions.

Moore estimait que la complexité des circuits permettant d’obtenir le coût minimal par composant, allait au moins doubler tous les ans. Ceci est une pensée plus subtile que les raccourcis abusifs mille fois entendus au sujet de la “loi de Moore”. Il s’agit bien de parler d’évolution de la densité à coût minimum par composant.

[Gordon Moore, circa 1968.]

En 1975, en fonction des évolutions technologiques alors prévisibles, Moore réévaluera le rythme de croissance à deux fois tous les deux ans à partir du début des années 80 ².

On comprend bien que la “loi de Moore” n’est en fait pas une loi, mais une conjecture qui s’est trouvée très longtemps vérifiée, et bien plus longtemps que son créateur l’avait initialement pensé (sa prévision de 1965 se portait sur la seule décennie à venir).

En 1997, Moore annonce que la densité des microprocesseurs allait inévitablement rencontrer un mur infranchissable vers 2017 : la taille des atomes.

À notre époque

Depuis le début des années 2010, on sent effectivement un ralentissement de la cadence. Les nouvelles générations de puces arrivent plus lentement, les vitesses d’horloge ont cessé de croître, le coût individuel du transistor a atteint un plateau. La “loi de Moore” est en train de doucement mourir sous nos yeux.

En effet, comme avaient prévenu Moore et d’autres à la fin du siècle dernier, l’évolution de la densité et de la performance des processeurs est conditionnée par les incontournables lois de la physique (qui sont elles de vraies lois…). Les progrès technologiques ont été tels, que nous sommes aujourd’hui presque arrivés à ce qu’un transistor se résume à quelques dizaines d’atomes. Nous n’allons pouvoir aller guère plus loin dans la densité. Certes, des gains sont encore possibles — on parle de gravure à 2 nm, soit dix atomes de large, d’ici quelques années — mais la cadence de Moore n’est plus maintenable.

La période qui consistait principalement à multiplier les transistors pour progresser arrive donc à sa fin. Aujourd’hui, l’industrie doit apprendre à penser différemment, et doit notamment optimiser le design des processeurs — certaines architectures sont quelque peu caduques — pour gagner en performance. Et nous pouvons prédire sans nous tromper que les cadences de la loi de Moore appartiendront très bientôt irrémédiablement au passé.

La fin de la “loi de Moore”, étant donné l’omniprésence des puces, va probablement avoir un impact sur à peu près tous les secteurs d’activité.

Références

• (1) Moore, Gordon E. “Cramming More Components onto Integrated Circuits.” Electronics, vol. 38, n^o 8. (19 avril 1965), p. 114-117.
• (2) Moore, Gordon E. “Progress in Digital Integrated Electronics.” IEEE, IEDM Tech Digest, (1975), p. 11-13.