Des scientifiques américains ont mis au point des circuits informatiques non linéaires basés sur la théorie du chaos, branche des mathématiques qui traite des systèmes si complexes et si sensibles que des changements, même infimes, ont de grandes conséquences.
Cette nouvelle approche pourrait déboucher sur des puces plus efficaces, qui consomment moins d’énergie pour fonctionner, et pourrait nous aider à maintenir efficacement la loi de Moore.
La loi de Moore stipule essentiellement que le nombre de transistors dans un circuit intégré double environ tous les deux ans. En d’autres termes, la complexité – et donc la puissance de traitement – des puces informatiques ne cesse d’augmenter, grâce à ce doublement constant des transistors.
Mais le problème de la loi de Moore – inventée par Gordon Moore, cofondateur d’Intel – est qu’elle repose sur une observation faite dans les années 1960.
Et si, grâce à des décennies de progrès technologiques continus dans la conception et la fabrication des puces informatiques, la loi de Moore a tenu bon pendant 50 ans, personne ne s’attend à ce qu’elle dure indéfiniment, car doubler le nombre de transistors signifie des transistors de plus en plus fins et petits, qui ne mesurent que des nanomètres.
À un moment donné, il s’agit moins d’une question d’ingénierie intelligente que de la perspective de se heurter aux lois inéluctables de la physique – Moore lui-même le pense.
“Un jour, il faudra bien que cela s’arrête”, a déclaré Moore à l’occasion du 50e anniversaire de sa loi l’année dernière. “Aucune exponentielle comme celle-ci ne peut durer éternellement.”
Mais grâce aux circuits basés sur le chaos, l’esprit – si ce n’est techniquement le nombre de transistors – de la loi de Moore pourrait se poursuivre sans relâche.
“Nous atteignons les limites de la physique en termes de taille des transistors, il nous faut donc trouver un nouveau moyen d’améliorer les performances des microprocesseurs”, explique le chercheur principal Behnam Kia, de la North Carolina State University. “Nous proposons d’utiliser la théorie du chaos – la non-linéarité propre au système – pour permettre aux circuits de transistors d’être programmés pour effectuer différentes tâches.”
Dans son dernier projet, l’équipe de Kia a conçu une puce non linéaire capable d’exécuter plusieurs fonctions avec moins de transistors que les circuits linéaires classiques.
Alors qu’une conception linéaire conventionnelle ne permet d’exécuter qu’une seule tâche par circuit à transistors, un circuit à transistors non linéaire et reconfigurable peut contenir un certain nombre de motifs riches parmi ses circuits, qui peuvent être utilisés sélectivement de différentes manières et à différents moments.
Le résultat n’est pas le “chaos” tel que nous l’utilisons souvent dans le cadre d’une conversation, c’est-à-dire le désordre. La théorie du chaos traite de la sensibilité des systèmes dynamiques aux conditions de départ, qui peuvent créer de nouveaux effets au sein du système, comme le symbolise souvent l’effet papillon.
En termes de circuit informatique, “[nous] utilisons ces comportements de niveau dynamique pour effectuer différentes tâches de traitement à l’aide du même circuit”, explique Kia. “Nous pouvons ainsi obtenir plus avec moins.”
Il s’agit d’une approche totalement différente de celle qui consiste à rétrécir et à insérer davantage de transistors, car elle permet de réimaginer ce qu’est un transistor en premier lieu – et ce dont il est capable. Elle pourrait conduire à de nouveaux types de gains qui ne sont pas possibles en augmentant le nombre de transistors avec des circuits toujours plus petits.
Comme l’explique Daniel Cooper à Engadget :
“Imaginez une usine où chaque circuit est un employé tenant une calculatrice, et dont le travail quotidien consiste à faire une seule équation, encore et encore. Les premières puces comptaient une poignée d’employés, mais au fil du temps, les murs ont été abattus, les calculatrices ont été réduites et les employés ont perdu du poids. Cela signifie qu’un plus grand nombre de personnes sont entassées dans le même bâtiment, mais chacune d’entre elles ne fait toujours qu’un seul morceau de mathématique lorsque cela est nécessaire.”
En revanche, les transistors non linéaires seraient beaucoup plus flexibles. Pour reprendre la métaphore de l’usine, “l’usine cesserait d’employer davantage de personnes et formerait plutôt celles qui sont déjà là à effectuer des calculs multiples. De cette façon, on pourrait faire plus de travail/de mathématiques avec le même nombre de transistors/employés”, explique Engadget.
Il est encore trop tôt pour le dire, mais les chercheurs affirment que les circuits non linéaires sur lesquels ils travaillent actuellement peuvent être fabriqués par les mêmes procédés de fabrication que ceux utilisés pour les puces informatiques existantes.
Si tel est le cas, rien ne permet de dire à quel point ces nouvelles puces pourraient être plus puissantes, mais les chercheurs eux-mêmes ne manquent pas de confiance jusqu’à présent.
“Nous pensons que cette puce contribuera à résoudre les problèmes liés à la demande d’une plus grande puissance de traitement à partir de moins de transistors”, déclare Kia.
“Le potentiel de 100 circuits non linéaires morphables basés sur le chaos effectuant un travail équivalent à 100 000 circuits, ou de 100 millions de transistors effectuant un travail équivalent à trois milliards de transistors est prometteur pour prolonger la loi de Moore – non pas en doublant le nombre de transistors tous les deux ans, mais en augmentant ce dont les transistors sont capables lorsqu’ils sont combinés dans des circuits non linéaires et chaotiques.”
Les résultats sont publiés dans IEEE Transactions on Circuits and Systems II : Express Briefs.