L’assertion selon laquelle la puissance informatique double tous les deux ans, est remise toujours plus en question. Mais la Loi de Moore est-elle à l’agonie ou peut-elle être maintenue quelque peu en vie? En juin, l’imec s’est penchée entre autres sur cette question lors de sa conférence.
‘Dans la Silicon Valley, les présentations des jeunes pousses débutent actuellement toujours par la phrase: “La Loi de Moore a à présent vécu”, mais je n’en suis moi-même pas tellement convaincu.’ Voilà ce que déclare Uri Frank, en charge de la durabilité dans les centres données de Google. ‘Je ne dirais donc pas qu’elle est déjà effectivement morte, mais qu’elle est moins vivante’, ajoute-t-il.
La disparition ou non de la loi de Moore alimente les débats depuis des années déjà, aujourd’hui plus encore qu’avant, en cette période de besoin sans précédent de transistors, et de pénurie mondiale de puces.
On connaît la Loi de Moore comme une des règles fondamentales qui ont permis le progrès technologique au cours des cinquante années écoulées. Selon elle, le nombre de transistors double tous les deux ans dans un circuit intégré. Cela va du reste de pair avec un accroissement de la vitesse et de la puissance de calcul de nos ordinateurs, alors même que les prix des puces diminuent. Initialement, Gordon Moore, l’un des fondateurs d’Intel, écrivait du reste que le nombre de transistors doublerait chaque année. Plus tard, il changea cela en deux ans. Or aujourd’hui, il serait peut-être temps de revoir une fois encore ce délai.
Des murs partout
Il est évident depuis assez longtemps déjà que la Loi de Moore est dépassée. Lorsque Moore fit part de son observation, il y avait 64 transistors sur une puce, alors qu’on en est aujourd’hui à plus de cent milliards. Les nouvelles générations de puces fonctionnent avec des noeuds de 7 nanomètres, voire de 5 nanomètres. Pour aller encore plus bas, on se heurterait progressivement aux limites de la physique. Le développement de puces et d’architectures à pareille échelle s’avèrerait en outre très coûteux, et l’évolution vers de nouvelles technologies pourrait être de longue durée. L’industrie collective des puces n’envisage cependant pas encore d’enterrer le principe à brève échéance.
‘La Loi de Moore ne peut s’arrêter’, déclarait Luc Van den hove, CEO de l’imec, lors de la conférence Future Summit organisée par son entreprise à la mi-mai à Anvers. ‘Nous avons encore et toujours besoin de la puissance de fonctionnement et de la complexité que les nouvelles puces plus petites et plus économiques peuvent apporter.’ Il prêchait évidemment pour sa paroisse, puisque l’imec est l’un des plus grands développeurs de nouvelles technologies de puces en Europe.
La Loi de Moore ne peut s’arrêter.
Mais il distingue aussi les difficultés que cela implique. On se rapproche ainsi des frontières de ce qu’on peut faire avec l’actuelle technologie lithographique (l’exposition nécessaire pour créer des puces). ‘On constate aussi que l’accroissement des performances est en train de ralentir dans les nouveaux appareils’, affirme Van den hove. ‘Il y a un ‘memory wall’ qu’il faut résoudre, ce qui signifie que la connexion entre la mémoire et le système ne peut plus suivre la vitesse du système lui-même. Il convient également de résoudre un ‘power wall’: nous avons besoin de nouveaux systèmes de refroidissement pour évacuer la chaleur de nos puces.’
Van den hove se targue du fait que ces problèmes seront résolus. Grâce à de nouveaux matériaux pour les puces par exemple et de nouvelles formes de lithographie. ‘La feuille de route a été boostée par le développement de l’EUV (extrême ultraviolet, où la largeur de bande de la lumière ultraviolette est utilisée en longueurs d’ondes de 13,5 nm, ndlr.). A présent, c’est d’une prochaine version dont nous avons besoin pour créer des puces inférieures à 2 nanomètres.’ De nouvelles architectures de transistor devraient également générer du progrès. Pensez aux concepts de puce à plusieurs couches superposées dans une pile (‘stack’), plutôt que contiguës, afin de gagner de la place.
Le problème de durabilité
Y a-t-il encore un autre ‘mur’ de ce genre que le secteur doit surmonter? Oui, celui de la durabilité (‘sustainability’). ‘La fabrication des semi-conducteurs génère une solide empreinte en CO2’, prétend Van den hove. ‘Il nous faut en tenir compte lors du développement. Il convient de réduire l’électricité et l’eau nécessaires à cette fin. ‘Pour y arriver, il faut regrouper les différents écosystèmes deep tech.’
Une façon de regrouper l’écosystème – on ose à peine le dire! – a pour nom le semivers. A ne pas confondre avec le métavers, même s’il y a des similitudes. ‘Les semi-conducteurs composeront le noyau de quasiment toutes les solutions qu’on peut trouver pour le changement climatique.’ Cette fois, c’est Tim Archer, CEO de Lam Research, qui parle. Pour pouvoir continuer de développer et de rénover ces semi-conducteurs, il prévoit donc le semiverse, un hybride entre les environnements physique et virtuel ‘où les tests et le développement peuvent être l’apanage d’humains et de machines.’
Un semivers peut considérablement raccourcir le cycle de développement.
L’idée sous-jacente est qu’un laboratoire ou une entreprise ne peut à lui/elle seul/seule arriver à trouver des solutions pour les défis à relever actuellement. Place donc à une plate-forme collaborative au niveau de l’ensemble de l’écosystème, avec des jumeaux numériques (‘digital twins’) de laboratoires et d’environnements de test qui sont dès à présent utilisés. Pensez par exemple à quelques chercheurs en train de développer dans le laboratoire imec gantois, et qui demandent conseil à un collègue américain. Ce collègue pourrait alors effectuer ses propres tests dans la version virtuelle de ce laboratoire, un jumeau numérique en quelque sorte, et ce, sans devoir franchir l’Océan Atlantique. ‘On pourrait ainsi se livrer à du brainstorming et à de la validation de concepts qui n’existent pas encore aujourd’hui. Cela permettrait de réduire nettement la durée du cycle de développement’, ajoute Archer. Les jumeaux numériques devraient en outre permettre que de nouvelles idées et architectures soient testées dans un environnement virtuel, avant de créer anticipativement le matériel nécessaire dans le monde ‘réel’. ‘L’objectif final est de créer un modèle entièrement virtuel d’un laboratoire et d’une usine de fabrication.’
‘It’s the economy, stupid’
Selon Gartner, le marché des semi-conducteurs va encore croître quelque temps. Il devrait encore doubler au cours des huit prochaines années et d’ici 2030, l’industrie des puces devrait peser jusqu’à 1 billion de dollars. Les puces se caractérisent aussi par toujours plus de débouchés, comme par exemple les voitures, smartphones, l’IoT, etc. ‘La Loi de Moore est une loi économique’, déclare Peter Wennink, CEO d’ASML, l’entreprise néerlandaise qui fabrique des machines pour la fabrication de puces et qui est actuellement la seule à construire des machines EUV. ‘Tout est question de valeur et de coût. Ce dont les entreprises ont besoin, c’est la plus haute valeur au moindre coût.’ Pour maintenir ce train sur le bon rail, il plaide lui aussi pour une collaboration tout au long du système. ‘L’industrie est si complexe que cela n’ira pas sans collaboration’, affirme-t-il.
‘On vit de toute façon une époque stressante’, répète encore Uri Frank de Google. ‘Les problèmes sont faits pour être résolus, mais nous aurons encore besoin de beaucoup d’innovations pour maintenir en vie la Loi de Moore.’
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