Quelle est la loi de Moore et à quoi sert-elle?

La loi de Moore fait référence à une observation faite par le cofondateur d'Intel, Gordon Moore, en 1965, dans laquelle il a découvert que le nombre de transistors par pouce carré dans les circuits intégrés avait doublé année après année depuis son invention.

La loi de Moore prévoit que cette tendance restera intacte pour les années à venir. Bien que le taux ait diminué, le nombre de transistors par pouce carré a doublé environ tous les ans et demi. Il s'agit de la définition actuelle de la loi de Moore.

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La version simplifiée de cette loi stipule que les vitesses de processeur ou la puissance de calcul globale des ordinateurs doubleront tous les deux ans. Une vérification rapide entre les techniciens de différentes sociétés informatiques montre que le terme n'est pas très populaire, mais la règle est toujours acceptée.

Si nous examinions les vitesses de processeur de 1970 à 2018, puis à nouveau en 2019, nous pourrions penser que la loi a atteint sa limite ou approche. Dans les années 1970, les vitesses des processeurs variaient de 740 kHz à 8 MHz, mais la loi est en fait plus précise à appliquer aux transistors qu'à la vitesse.

La quantité de puissance de calcul que nous pouvons maintenant utiliser sur les plus petits appareils est quelque peu remarquable par rapport à ce qui pouvait être réalisé, disons, il y a une décennie.

Avec le recul, même il y a cinq ans environ, un PC qui était le meilleur à l'époque serait considéré comme dépassé par rapport à un PC actuel.

Cela est possible simplement parce que les fabricants de puces sont en mesure d'augmenter le nombre de transistors sur une puce de manière significative chaque année, à mesure que les progrès de la recherche sur les puces s'améliorent.

L'extension de la loi de Moore est que les ordinateurs, les composants alimentés par ordinateur et la puissance de calcul deviennent plus petits et plus rapides au fil du temps, à mesure que les transistors des circuits intégrés deviennent plus efficaces.

Les transistors sont de simples interrupteurs marche-arrêt électroniques intégrés aux micropuces, aux processeurs et aux petits circuits électriques. Plus ils traitent rapidement les signaux électriques, plus un ordinateur devient efficace.

Les coûts de ces ordinateurs plus puissants ont également diminué au fil du temps, généralement autour de 30% par an. Lorsque les concepteurs de matériel ont augmenté les performances des ordinateurs dotés de meilleurs circuits intégrés, les fabricants ont pu créer de meilleures machines capables d'automatiser certains processus. Cette automatisation a créé des produits à bas prix pour les consommateurs, car le matériel a généré des coûts de main-d'œuvre inférieurs.

La loi de Moore dans la société d'aujourd'hui

Cinquante ans après la loi de Moore, la société contemporaine voit des dizaines d'avantages exposés par cette loi. Les appareils mobiles, tels que les smartphones et les ordinateurs de bureau, ne fonctionneraient pas sans de très petits processeurs. Des ordinateurs plus petits et plus rapides améliorent le transport, les soins de santé, l'éducation et la production d'énergie. Presque toutes les facettes d'une société de haute technologie bénéficient du concept de la loi de Moore mis en pratique.

Aujourd'hui, tous les processeurs grand public sont faits de silicium, le deuxième élément le plus abondant dans la croûte terrestre, après l'oxygène. Mais le silicium n'est pas un conducteur parfait, et les limites de la mobilité des électrons qu'il transporte imposent une limite stricte sur la façon dont vous pouvez emballer les transistors au silicium.

Mais non seulement la consommation d'énergie est un énorme problème, mais aussi un effet appelé tunnel quantique peut causer des problèmes de maintien des électrons contenus au-delà d'un certain seuil d'épaisseur.

Les transistors en silicium atteignent actuellement 14 nanomètres, et bien que certaines conceptions de puces de 10 nanomètres arriveront bientôt sur le marché, il a été conclu que pour se conformer à la loi de Moore pendant une longue période de temps, les entreprises devront créer des matériaux plus récents et de meilleure qualité pour être le fondement des ordinateurs de nouvelle génération.

La loi de Moore à l'avenir

Grâce à la nanotechnologie, certains transistors sont plus petits qu'un virus. Ces structures microscopiques contiennent des molécules de silicium et de carbone parfaitement alignées qui aident à déplacer plus rapidement l'électricité le long du circuit.

Finalement, la température des transistors rend impossible la création de circuits plus petits, car le refroidissement des transistors nécessite plus d'énergie que ce qui passe à travers les transistors. Les experts montrent que les ordinateurs devraient atteindre les limites physiques de la loi de Moore dans les prochaines années. Lorsque cela se produit, les informaticiens devront examiner de nouvelles façons de créer des ordinateurs.

Les applications et les logiciels pourraient améliorer la vitesse et l'efficacité des ordinateurs à l'avenir, plutôt que les processus physiques. La technologie cloud, la communication sans fil, l'Internet des objets et la physique quantique pourraient également jouer un rôle important dans l'innovation des technologies de l'information.

Les progrès vers le doublement du nombre de circuits ont ralenti, et les circuits intégrés ne peuvent pas devenir beaucoup plus petits à mesure que les transistors se rapprochent de la taille d'un atome.

À un moment donné dans le futur, les progrès des logiciels ou du matériel pourraient maintenir le rêve de la loi de Moore en vie. Cependant, l'industrie informatique semble prête à se tourner vers une autre voie qui progressera dans quelques années.

Les progrès de la loi de Moore

Bien que la loi de Moore l'ait dit tous les deux ans, cette augmentation rapide de la production technologique a raccourci la période dans l'esprit des techniciens et des utilisateurs.

La limitation qui existe est qu'une fois que les transistors peuvent être créés aussi petits que des particules atomiques, il n'y aura plus de place pour la croissance sur le marché des processeurs en ce qui concerne les vitesses.

Moore a noté que le nombre total de composants dans ces circuits avait environ doublé chaque année, il a donc extrapolé cette duplication annuelle à la décennie suivante, estimant que les microcircuits de 1975 contiendraient 65 000 composants par puce.

En 1975, alors que le taux de croissance commençait à ralentir, Moore a révisé son calendrier de deux ans. Sa loi révisée était un peu pessimiste; Environ 50 ans après 1961, le nombre de transistors a doublé tous les 18 mois environ. Par la suite, les magazines ont régulièrement fait référence à la loi de Moore comme s'il s'agissait d'une loi technologique avec la sécurité des lois du mouvement de Newton.

Ce qui a rendu possible cette explosion spectaculaire de la complexité des circuits, c'est la taille réduite des transistors au fil des décennies.

Des caractéristiques de transistor mesurant moins d'un micron ont été obtenues au cours des années 1980, lorsque les puces de mémoire vive dynamique (DRAM) ont commencé à offrir des capacités de stockage de mégaoctets.

À l'aube du 21e siècle, ces fonctionnalités ont approché 0, 1 microns de large, permettant la fabrication de puces de mémoire gigaoctets et de microprocesseurs fonctionnant à des fréquences gigahertz. La loi de Moore s'est poursuivie au cours de la deuxième décennie du 21e siècle avec l'introduction de transistors tridimensionnels de plusieurs dizaines de nanomètres.

La fin proche de la loi de Moore

Parce que la loi de Moore suggère une croissance exponentielle, il est peu probable qu'elle se poursuive indéfiniment. La plupart des experts s'attendent à ce que la loi de Moore dure encore deux décennies. Certaines études ont montré que les limitations physiques pourraient être atteintes en 2018.

Selon un récent rapport de l'International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), qui inclut des géants des puces comme Intel et Samsung lui-même, les transistors pourraient atteindre un point où ils ne pourraient plus être réduits d'ici 2021. Les entreprises allèguent que, pour ensuite, il ne sera plus économiquement faisable de les réduire, mettant ainsi fin à la loi de Moore.

Cela signifie que même s'ils pouvaient physiquement diminuer, en théorie, ils atteindraient ce que l'ITRS appelle son «minimum économique», ce qui signifie que cela ne ferait que rendre les coûts prohibitifs.

Ce n'est pas la première fois que la théorie de Moore est remise en question. L'année dernière, le PDG d'Intel, Brian Krzanich, a annoncé que le redimensionnement d'un transistor à l'autre prend de deux à deux ans et demi. Krzanich a remis cela en question lors d'un appel de revenus d'Intel, affirmant que les processus de fabrication n'avaient pas progressé au même rythme que par le passé.

Cependant, l'ITRS estime que cela ne signifie pas la fin du concept derrière la loi, car les fabricants trouvent des moyens de plus en plus innovants d'introduire plus de commutateurs dans un espace donné. Prenez par exemple la technologie 3D NAND d'Intel, qui implique d'empiler 32 couches de mémoire les unes sur les autres pour créer d'énormes capacités de stockage.

Mots finaux et conclusion

Jusqu'à présent, la loi de Moore s'est révélée correcte, maintes et maintes fois, et, par conséquent, a longtemps été considérée comme responsable de la plupart des avancées de l'ère numérique, des PC aux superordinateurs, en raison de son Utilisation dans l'industrie des semi-conducteurs pour guider la planification à long terme et fixer des objectifs de recherche et développement.

La loi de Moore est une loi de l'économie, pas une loi physique. Il indique que chaque nouvelle puce aura deux fois plus de transistors et calculera donc la capacité de la génération précédente pour le même coût de production.

Cette simple règle d'or a alimenté toutes les avancées de la révolution technologique pendant plus d'un demi-siècle et continue de définir les limites toujours plus larges de la technologie d'aujourd'hui, nous permettant de prendre des concepts tels que l' intelligence artificielle et les véhicules autonomes, et de les concrétiser.

Cette loi a gagné en notoriété parce que les gens aiment les lois qui leur permettent de prédire l'avenir de l'une des plus grandes industries du monde, mais la base physique de ce principe signifie qu'il est légèrement différent et moins fiable que de nombreuses personnes croire.

Les limitations physiques de la fabrication de ces puces pourraient facilement ramener ce nombre à cinq ans ou plus, annulant effectivement la loi de Moore pour toujours.

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