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Il est de ces lois dont on ne sait plus si elles traduisent des principes de l’univers, décrivent le fonctionnement de systèmes ou sont simplement des observations qui ont la vie dure. La loi de Moore est un peu de tout cela… Son énoncé a évolué au cours du temps pour exprimer au mieux le moteur de l’industrie des semiconducteurs: la miniaturisation.
En 1965, Gordon Moore est directeur de la recherche-développement de Fairchild Semiconductor, société pionnière des semiconducteurs. A la demande de l’éditeur de la revue Electronics, il publie une tribune pour envisager l’avenir des circuits intégrés inventés en 1958 par l’Américain Jack Kilby (Nobel de physique 2000). Ce court article, dont le titre peut se traduire par «fourrer toujours plus de composants dans les circuits intégrés» pose les bases de l’adoption massive des semiconducteurs en observant que le nombre de composants pouvant être intégrés dans une puce à coût minimum double tous les deux ans, et ceci en raison de l’avancement continu de la technologie de fabrication. Il conjecture que cette tendance va s’accélérer et prédit les ordinateurs personnels, les téléphones portables et des systèmes de contrôle automatique pour les voitures.
La tendance n’a alors rien d’évident et l’on doute même de l’avenir de la filière semiconducteur, alors qu’à peine 20% des circuits fonctionnent et que les seuls clients sont l’armée américaine et la NASA. En 1968, Gordon Moore et Robert Noyce quittent Fairchild Semiconductors pour fonder Intel. En 1975, Intel valide ce qui deviendra la loi de Moore en mettant sur le marché une puce contenant près de 32’000 transistors. La tendance est alors solidement engagée grâce à l’adoption des technologies CMOS (transistors métal-oxide-semiconducteur complémentaires) qui permettent toujours plus d’intégration. L’énoncé de la loi de Moore évolue alors pour traduire un rythme de doublement du nombre de transistors par puce tous les 2 ans, pour une performance de calcul doublée tous les 18 mois, et ceci pour un coût constant.
C’est avec l’avènement de l’alliance Wintel (Microsoft et Intel) que cette loi de Moore prend toute son importance. Alors que le monde de l’informatique est dominé par les «macro-ordinateurs» d’IBM, Microsoft prend le biais du développement de l’ordinateur personnel. L’augmentation spectaculaire du rapport performance/prix des puces Intel permet à l’entreprise de Bill Gates de mettre «un ordinateur sur tous les bureaux et dans toutes les maisons», et bientôt à l’industrie de la téléphonie de mettre un ordinateur dans toutes nos poches.
Après cinquante ans de succès, où en est-on? On pourrait aujourd’hui faire tenir plusieurs millions de transistors sur la surface d’un seul transistor du premier microprocesseur commercialisé en 1971 et leurs dimensions critiques sont de 5 à 7 nanomètres, soit moins de vingt atomes de silicium. La loi de Moore fait face à des limites physiques et pour ainsi dire mathématiques, alors même qu’elle a survécu aux défis économiques et technologiques. Il nous faut changer la géométrie du transistor (qui prendra bientôt la forme de nano-feuilles) et peut-être même la façon dont les ordinateurs calculent.
Nous sommes entrés dans un monde au-delà de Moore, où son champion Intel doit se réinventer. Plusieurs des révolutions de demain sont déjà présentes, elles s’appellent intelligence artificielle, accélérateur de calcul et informatique en nuages. Ainsi, de nouveaux algorithmes d’intelligence artificielle permettent d’aller au-delà de la puissance de calcul brut en s’inspirant des façons dont le cerveau humain fonctionne. Parallèlement les processeurs dédiés tels que les GPUs (Nvidia, AMD) ou TPUs (Google) accélèrent ces algorithmes bien au-delà des prédictions de la loi de Moore en parallélisant les calculs.
Cette nouvelle ère du calcul informatique ne fait que débuter et l’on teste déjà des solutions de calcul neuromorphique et d’informatique quantique qui promettent d’aller toujours plus vite en consommant moins d’énergie. La loi de Moore, dans son énoncé actuel et comme principal moteur économique du secteur des technologies de l’information, vit ses dernières années. Elle a changé la face du monde et est le témoignage du travail acharné de générations d’ingénieurs. Son héritage nous permettra d’aller de l’avant et d’inventer de nouvelles façons d’améliorer, encore et toujours, les performances de nos processeurs.
Difficile de prévoir si une nouvelle version de la loi de Moore va émerger. Dans tous les cas, et pour paraphraser Mark Twain, les nouvelles de la mort de l’augmentation exponentielle des capacités de calcul sont très exagérées.