Au-delà de la loi de Moore : l'avenir du traitement

La loi de Moore commence à se heurter aux limites physiques de l'informatique. Voici quelques-unes de nos méthodes de travail pour surmonter ces défis.

Points essentiels à retenir

  • La loi de Moore a toujours permis de prédire efficacement l'augmentation de la puissance de traitement au fil du temps.

  • Elle commence cependant à se heurter à des limites physiques importantes.

  • Chez Intel, nous travaillons sur une gamme de solutions pour surmonter ces limites, notamment la lithographie EUV, la photonique et l'informatique quantique.

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En 1966, l'informaticien Gordon Moore a remarqué que la puissance de calcul des puces, mesurée en nombre de transistors par unité de surface, doublait tous les 18 mois environ.

Cette évolution a entraîné une explosion linéaire de la puissance de calcul, qui perdure encore aujourd'hui. Trois ans plus tard, Moore et son collègue Robert Noyce ont fondé Intel. Depuis lors, la mission de l'entreprise a été de continuer à suivre la voie tracée par cette loi.

Les limites de la loi de Moore

La loi de Moore n'est pas une loi concrète, comme les lois de la gravité. C'est une observation convaincante. Et bien qu'elle ait été valable pendant plus de 50 ans, elle commence maintenant à se heurter à des barrières naturelles : de vraies lois scientifiques, dures.

Prenez la lumière par exemple. Pour fabriquer des microprocesseurs, on utilise actuellement un procédé appelé photolithographie. Celui-ci consiste à faire passer de la lumière à travers un « masque » transparent qui contient les conceptions des puces. Lorsque cette lumière entre en contact avec les produits photoréactifs qui se trouvent à la surface de la plaquette de silicium, on peut l'utiliser pour découper des conceptions de puces incroyablement petites et précises.

Cependant, plus la taille des circuits des micropuces diminue, moins la lumière est capable de distinguer les conceptions. Les techniques de fabrication actuelles ont de plus en plus de mal à faire tenir un nombre toujours plus grand de transistors dans des espaces toujours plus petits.

Cette baisse de la capacité de traitement est un problème, car nous ne pouvons pas tout simplement arrêter de générer des données. Et plus nous générons de données, plus nous aurons besoin de solutions informatiques puissantes pour les traiter. La question est de savoir comment aborder ces limites de traitement. La bonne nouvelle, c'est qu'il existe des alternatives pour que l'on puisse continuer à augmenter la puissance de traitement des puces informatiques.

Lithographie EUV

Les pratiques actuelles de photolithographie utilisent la lumière du spectre visible, qui se compose de longueurs d'onde comprises entre 500 et 700 nm environ. En comparaison, la lithographie par ultraviolets extrêmes (EUV) utilise la lumière ultraviolette, qui fonctionne à la longueur d'onde beaucoup plus étroite de 13,5 nm. La lithographie EUV peut ainsi graver des conceptions beaucoup plus petites sur les surfaces de silicium.

Cependant, il est extrêmement difficile de générer une lumière EUV suffisamment intense pour la lithographie. La lumière provient d'une minuscule gouttelette d'étain fondu dont le diamètre est inférieur à celui d'un cheveu humain. On envoie ensuite une impulsion laser sur la gouttelette d'étain, avec une précision de l'ordre du micron. Cette gouttelette se transforme en plasma, qui émet de la lumière EUV.

Une série de quatre miroirs façonne cette lumière en forme de fente, qui fait rebondir sur un masque réfléchissant la substance contenant les diagrammes pour les conceptions des puces. D'autres miroirs renvoient ensuite cette image sur la plaquette de silicium pour graver les conceptions de la puce dans la surface. C'est un processus complexe, mais vous pouvez voir ici ce que fait Intel.

Photonique

La photonique ne cherche pas à trouver de nouvelles façons de concevoir des puces plus petites, mais à améliorer la puissance de calcul en transformant le signal des électrons en photons lumineux. Les signaux peuvent ainsi voyager à la vitesse de la lumière. Grâce à l'informatique photonique, les vitesses de calcul pourraient théoriquement passer de gigabits par seconde à des térabits par seconde.

En outre, le transfert de données se faisant déjà dans des formats optiques (c'est-à-dire par des câbles à fibres optiques), il ne serait pas nécessaire de convertir ces informations en signaux électriques pour les traiter. Au total, l'informatique optique pourrait réduire les vitesses de latence jusqu'à un quadrillionième de seconde.

Bien que l'informatique optique à part entière ne soit pas encore pour tout de suite, les systèmes optiques et la photonique permettent déjà d'améliorer les processus des systèmes. Par exemple, l'émetteur-récepteur optique Intel® Silicon Photonics 800G DR* OSFP peut fournir une connectivité ultra-rapide et pourrait avoir une grande utilité pour mettre à niveau la technologie des centres de données.

Informatique quantique

La solution informatique nouvelle génération la plus exotique est peut-être l'informatique quantique. L'informatique actuelle fonctionne en binaire. L'informatique quantique tire parti de deux propriétés très étranges des particules subatomiques, appelées superposition et intrication. Ces propriétés permettent de créer et de manipuler une unité de puissance de traitement appelée qubit.

L'informatique classique fonctionne des bits. Ce sont des unités fondamentales qui encodent les informations sous forme de uns et de zéros. Cependant, en raison des propriétés uniques des particules subatomiques, les qubits peuvent encoder des informations sous forme d'un un, d'un zéro, d'un un et d'un zéro en même temps, ou de toute valeur intermédiaire. Grâce à cette variabilité, le potentiel informatique est théoriquement très vaste.

Cependant, il est très compliqué de manipuler des qubits, et cela requiert des conditions très contrôlées, notamment des températures ultra-basses. Intel contribue à faire avancer les choses avec des produits comme la puce de contrôle cryogénique Horse Ridge, qui permet de concevoir des systèmes de gestion de qubits simples à utiliser et évolutifs.

Quelle suite pour l'informatique ?

Il existe d'autres solutions que les alternatives matérielles pour résoudre le problème de la puissance de traitement. Par exemple, si on va au-delà de la simple puissance de traitement, et que l'on considère plus généralement la valeur que les processeurs apportent, alors les perspectives d'efficacité se multiplient. Par exemple, des technologies telles que l'informatique de périphérie, qui contournent les freins à la valeur, notamment les transmissions et le stockage, peuvent aider des technologies de traitement même plus lentes à fournir une valeur beaucoup plus élevée. En tout cas, l'ingéniosité qui nous a menés aussi loin ne semble pas prête à ralentir de sitôt.

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