Qu’est-ce que la loi de Moore et pourquoi les gens disent-ils qu’elle est morte ?

La « loi » de Moore est une observation du fondateur d’Intel, Gordon Moore, selon laquelle la densité des transistors double à intervalles réguliers tout en restant au même prix. Certains dans l’industrie pensent que ces jours sont révolus.

Gordon Moore, le co-fondateur d’Intel, est l’homme responsable de la loi de Moore. C’est une observation faite par Moore que la densité de transistors des circuits intégrés double tous les deux ans. Certains disent que la loi de Moore est maintenant morte, mais pourquoi ?

Ce que dit la loi de Moore

Gordon Moore a fait son observation originale en 1965 :

« La complexité des coûts minimaux des composants a augmenté à un rythme d’environ un facteur de deux par an. Certes, à court terme, on peut s’attendre à ce que ce taux se maintienne, voire augmente. À plus long terme, le taux d’augmentation est un peu plus incertain, bien qu’il n’y ait aucune raison de croire qu’il ne restera pas presque constant pendant au moins 10 ans. –Gordon Moore dans Entassement de plus de composants sur intégré circuits.

Cela peut être interprété de plusieurs façons, mais cela implique deux choses. Tout d’abord, (à l’époque) le circuit intégré (CI) le plus basique doublait chaque année en densité de transistors. Deuxièmement, cela serait également vrai au niveau de coût le plus bas. Ainsi, si le coût de fabrication d’un circuit intégré d’une taille donnée reste stable dans le temps (en tenant compte de l’inflation), cela signifierait effectivement que le coût par transistor serait divisé par deux tous les deux ans.

Il s’agit d’un niveau surprenant de croissance exponentielle démontré par le « problème du blé et de l’échiquier » où si vous mettez un grain de blé (ou de riz) sur le premier carré, puis doublez la quantité pour chaque carré successif, vous seriez bien plus de 18 quintillions de grains par carré 64 !

Moore a ensuite révisé son observation pour prolonger le délai à une fois tous les dix-huit mois, puis finalement une fois tous les deux ans. Ainsi, alors que la densité des transistors double encore, le rythme semble ralentir.

Ce n’est pas vraiment une loi

Bien qu’elle ait été surnommée la « loi de Moore », ce n’est pas une loi au sens propre du terme. En d’autres termes, ce n’est pas comme une loi naturelle qui décrit comment fonctionnent des choses comme la gravité. C’est une observation et une projection des tendances historiques dans le futur.

En moyenne, la loi de Moore a résisté depuis 1965, et à certains égards, c’est une référence pour l’industrie des semi-conducteurs pour dire approximativement si elle est sur la bonne voie, mais il n’y a aucune raison pour laquelle elle doit être vraie ou rester vraie indéfiniment.

Il n’y a pas que la densité de transistor dans les performances

Le transistor est le composant fondamental d’un dispositif semi-conducteur, tel qu’un CPU. C’est à partir de transistors que sont construits des dispositifs tels que des portes logiques, permettant le traitement structuré des données en code binaire.

En théorie, si vous doublez le nombre de transistors que vous pouvez installer dans un espace donné, vous doublez la quantité de traitement qui peut se produire. Cependant, non seulement le nombre de transistors que vous avez, mais ce que vous en faites compte. Les microprocesseurs ont bénéficié de nombreux progrès en termes d’efficacité, avec des conceptions spécialisées pour accélérer des types de traitement spécifiques, tels que le décodage de vidéos ou les calculs spécialisés nécessaires à l’apprentissage automatique.

La réduction des transistors signifie généralement également atteindre des fréquences de fonctionnement plus élevées tout en utilisant moins d’énergie pour la même quantité de puissance de traitement d’une génération précédente. La loi de Moore se limite à la densité des transistors, mais la relation entre la densité des transistors et les performances n’est pas linéaire.

Que voulez-vous dire par « c’est mort » ?

Au fil des ans, l’expression « la loi de Moore est morte » a été prononcée à plusieurs reprises, et sa véracité dépend de votre point de vue. Les densités de transistors doublent toujours, mais à un rythme plus lent car Moore a révisé le calendrier à plusieurs reprises maintenant.

La raison pour laquelle certains prétendent que la loi est morte n’est pas que la densité des transistors ne double pas encore, mais que le coût des transistors ne diminue pas de moitié. En d’autres termes, vous ne pouvez plus obtenir deux fois plus de transistors pour le même prix après un cycle de doublement.

Une partie importante de la raison pour laquelle cela se produit est que nous approchons des limites de la taille à laquelle nous pouvons fabriquer des transistors. Au moment de la rédaction de cet article, les procédés de fabrication 5 nm et 3 nm sont la technologie actuelle et la prochaine génération. Alors que nous avançons vers la limite ultime de ce qui est possible, le nombre de problèmes et le coût pour les surmonter sont susceptibles d’augmenter.

Cependant, ce n’est pas parce que le prix des transistors ne diminue pas de moitié comme avant que les performances ne doublent pas ou ne diminuent pas de moitié. N’oubliez pas que le nombre de transistors n’est qu’une partie de la performance. Nous atteignons des vitesses d’horloge plus élevées, installons plus de cœurs dans une seule unité de processeur, faisons plus avec nos transistors et créons un nouveau silicium qui peut accélérer des tâches spécifiques telles que l’apprentissage automatique. Dans ce sens élargi, la loi de Moore est toujours vivante, mais dans sa forme originale, elle est sous assistance respiratoire.

La loi de Moore doit mourir un jour

Personne n’a jamais cru que l’observation de Moore sur la densité et le coût des transistors resterait vraie pour toujours. Après tout, le tracé exponentiel finirait par tendre vers une densité de transistors et des performances de calcul infinies. Pour autant que tout le monde le sache, ce n’est pas réellement possible, et il est particulièrement peu probable qu’il soit possible d’utiliser l’électronique à semi-conducteur telle que nous la connaissons aujourd’hui.

Il existe déjà de nombreux défis avec les minuscules composants des processeurs modernes aux prises avec des effets quantiques indésirables. À un moment donné, vous ne pouvez plus garder les électrons à l’intérieur de vos petits circuits, alors essayer de rendre les choses plus petites se heurte à un mur de briques.

À ce stade, il est peut-être temps de passer à un autre type de substrat informatique, comme la photonique, mais il existe probablement une myriade de façons d’obtenir plus de performances à partir de semi-conducteurs qui n’impliquent pas de rendre les transistors plus petits.

Nous voyons déjà des moyens rentables de construire de gros processeurs à partir de plusieurs processeurs plus petits, tels que les conceptions de puces d’AMD ou la stratégie d’Apple consistant à coller leurs puces de base ensemble pour créer des méga processeurs qui fonctionnent comme s’il s’agissait d’un seul système. Il y a du potentiel dans l’idée de construire des processeurs avec des circuits 3D, avec des couches de composants de micropuces qui communiquent verticalement et horizontalement.

Alors que la limite ultime de la densité des transistors semble se rapprocher de plus en plus chaque jour, la véritable limite de la puissance de calcul réalisable reste une question ouverte.