Les scientifiques ont prédit qu’à moins que des améliorations radicales ne soient apportées à la façon dont nous concevons les ordinateurs, d’ici 2040, les puces informatiques auront besoin de plus d’électricité que ce que notre production énergétique mondiale peut fournir.
Cette prévision pourrait signifier que notre capacité à suivre le rythme de la loi de Moore – l’idée que le nombre de transistors dans un circuit intégré double environ tous les deux ans – est sur le point de nous échapper.
La prédiction selon laquelle les puces informatiques dépasseraient la demande d’électricité figurait à l’origine dans un rapport publié à la fin de l’année dernière par la Semiconductor Industry Association (SIA), mais elle est aujourd’hui sous les feux de la rampe, car le groupe a publié sa dernière évaluation de la feuille de route sur les perspectives de l’industrie des semi-conducteurs.
L’idée de base est qu’à mesure que les puces informatiques deviennent de plus en plus puissantes grâce à un plus grand nombre de transistors, elles doivent consommer davantage d’énergie pour fonctionner (à moins que l’efficacité ne s’améliore).
Les fabricants de semi-conducteurs peuvent contrer cette consommation d’énergie par une ingénierie intelligente, mais la SIA indique que les méthodes actuelles ont une limite.
“La capacité de l’industrie à suivre la loi de Moore a conduit à des transistors plus petits mais à une plus grande densité de puissance et aux problèmes de gestion thermique associés”, explique le rapport 2015.
“Plus de transistors par puce signifie plus d’interconnexions – les microprocesseurs de pointe peuvent avoir plusieurs kilomètres de longueur totale d’interconnexion. Mais à mesure que les interconnexions se réduisent, elles deviennent plus inefficaces.”
À long terme, la SIA calcule qu’ au rythme où vont les choses en utilisant les approches actuelles de l’ingénierie des puces, “l’informatique ne sera pas durable d’ici 2040, lorsque l’énergie requise pour l’informatique dépassera la production énergétique mondiale estimée”.
Vous pouvez voir le problème sous forme de graphique dans l’image ci-dessous, avec la consommation d’énergie des systèmes courants d’aujourd’hui – la ligne de référence, représentée en orange – éclipsant la production énergétique mondiale prévue entre 2035 et 2040.
Aujourd’hui, les fabricants de puces empilent des transistors de plus en plus petits en trois dimensions afin d’améliorer les performances et de suivre la loi de Moore, mais selon la SIA, cette approche ne fonctionnera pas éternellement, étant donné la quantité d’énergie perdue dans les futures puces de plus en plus denses.
SIA
“Les approches conventionnelles se heurtent à des limites physiques. La réduction du “coût énergétique” de la gestion des données sur les puces nécessite une recherche coordonnée sur de nouveaux matériaux, dispositifs et architectures”, indique le SIA.
“Ces nouvelles technologies et architectures doivent être plusieurs ordres de grandeur plus efficaces sur le plan énergétique que les meilleures estimations actuelles pour la technologie des semi-conducteurs numériques courants si l’on veut empêcher la consommation d’énergie de suivre une courbe de croissance explosive.”
Le défi est donc bel et bien lancé aux ingénieurs et scientifiques en informatique d’aujourd’hui, puisque le nouveau rapport de la SIA sur la feuille de route indique également qu’au-delà de 2020, il ne sera plus économiquement viable d’améliorer les performances des puces par les méthodes traditionnelles de mise à l’échelle, comme le rétrécissement des transistors.
C’est une demande énorme, mais les prochains bonds en avant en matière d’efficacité informatique et de recherche devront peut-être venir de domaines qui ne sont pas strictement liés au nombre de transistors – et il faut espérer que l’esprit, sinon les détails, de la loi de Moore se poursuivent dans les décennies à venir.
“Ce mur a vraiment commencé à s’effondrer en 2005, et depuis lors, nous avons obtenu plus de transistors, mais ils ne sont pas vraiment meilleurs”, a déclaré l’ingénieur informaticien Thomas Conte, de Georgia Tech, à Rachel Courtland, de IEEE Spectrum.
“Il ne s’agit pas de dire que c’est la fin de la loi de Moore. C’est prendre du recul et dire ce qui compte vraiment ici – et ce qui compte vraiment ici, c’est l’informatique.”