Loi de Moore

Un autre facteur peut freiner la progression des performances des processeurs, et qui n'a cette fois-ci plus rien de physique, mais qui est d'ordre financier. Le coût des chaînes de production augmente lui aussi exponentiellement, à un point tel que même des géants concurrents comme IBM et Siemens ont dû grouper leurs investissements pour arriver à suivre le mouvement.

La rentabilité des nouvelles générations de machines dépend d'un futur pour le moins incertain (beaucoup d'utilisateurs de PC, par exemple, commencent à prendre comme critère de choix prioritaire non plus la vitesse d'un PC, mais son niveau de bruit) et il se pourrait que dans ces conditions ce soit une décision économique, et non un palier physique, qui mette fin à la loi de Moore.

Des machines de plus en plus puissantes mises à disposition des développeurs ont des effets pervers. À l'époque des processeurs « lents » des années 1980 et 1990, les développeurs investissaient beaucoup de temps pour optimiser les programmes et chaque ligne de code que l'on pouvait économiser permettait de gagner des cycles d'horloge et donc d'aller plus vite. Les ordinateurs actuels offrent un confort de travail qui a pour effet de diminuer la vigilance des développeurs[10]. En outre, les contraintes économiques obligent à toujours produire dans l'urgence, et le temps passé autrefois à optimiser le code a été sacrifié. Ainsi est-on confronté aujourd'hui à un paradoxe : les ordinateurs sont de plus en plus rapides, mais les logiciels de plus en plus lourds et de plus en plus lents (voir Loi de Wirth).

Finalement, l'utilisateur n'a pas la sensation d'une réelle augmentation de la vitesse, surtout pour des tâches élémentaires comme le traitement de texte. Nombre d'utilisateurs regrettent même les ordinateurs plus « rustiques » qui, privés de tous les gadgets dont les systèmes sont chargés aujourd'hui, pouvaient s'avérer plus performants en matière de productivité.

Un autre facteur sans doute explique mieux l'absence de sensation de progrès : les autres composants des ordinateurs n'ont pas forcément évolué aussi vite. Dans un ordinateur moderne équipé de disques durs mécaniques, ce sont ces derniers qui sont le facteur limitant de l'expérience utilisateur. Un ordinateur est un système comparable à une chaîne : le composant le plus lent décide de la vitesse de l'ensemble. L'ajout de mémoire vive ou l'installation d'un stockage SSD dans un système obsolète ou bas de gamme permet un gain de réactivité (démarrage de la machine, lancement des programmes, arrêt) souvent plus apprécié par l'utilisateur qu'une augmentation de la vitesse du processeur.

La loi de Moore pourrait également présenter un intérêt économique de contrôle de la demande par répartition distillée de l'offre. En effet, la miniaturisation progresse en principe grâce à des découvertes et à des optimisations ponctuelles, réalité peu conforme à la régularité de l'évolution exponentielle spécifiée par la loi de Moore. En maîtrisant dans le temps la diffusion des applications technologiques nouvelles, il est possible que les géants des semi-conducteurs définissent eux-mêmes un modèle stable de consommation, et s'assurent ainsi d'une correspondance entre leurs efforts d'innovation et les désirs de renouvellement de leur clientèle. L’auto-limitation de l'offre obligerait ainsi les consommateurs à mettre à jour régulièrement leur matériel. Pour être effective, il faudrait néanmoins qu'une telle auto-limitation de l'offre puisse s'appuyer sur une cartellisation forte du marché.

Dans ce cas, assez courant dans l'histoire du capitalisme, les lois du marché favoriseraient le bridage de l'innovation pour assurer une rente à l'ensemble du secteur concerné[11]

La loi de Moore s'est révélée étonnamment exacte jusqu'au début du XXI^e siècle.

En 1999, le transistor CMOS dit « ultime » développé au CEA-Leti à Grenoble a poussé à ses « limites » le principe du transistor MOSFET avec une section de 18 nanomètres (la dimension d’environ 70 atomes mis côte à côte), soit sept fois plus petit que le plus petit transistor industriel de 2002 (123 nm en 2002, 83 nm en 2003, 65 nm en 2005, 45 nm en 2008, 32 nm en 2010, 22 nm en 2012, 14 nm en 2016, 7 nm en 2019). Il permettait un degré d’intégration théorique de sept milliards de jonctions sur une pièce d'un euro. Mais, il ne s’agissait là que d’une simple expérience de recherche pour étudier le fonctionnement des techniques CMOS lorsque l’on s’approche de la taille moléculaire.

Le coût de la technique permettant la réalisation de puces intégrant de plus en plus de transistors augmente dans des proportions vertigineuses. Une autre loi empirique de la Silicon Valley, la loi de Rock, stipule ainsi que le coût de fabrication d’une fonderie de puce double tous les quatre ans car le procédé de fabrication utilisé depuis une quarantaine d’années, la photolithographie, se rapproche toujours plus de ses limites physiques. Ainsi en 2004, Intel a annoncé un investissement de plus de deux milliards de dollars dans son usine Fab12 en Arizona pour la fabrication de puces à partir de wafers de 300 mm de diamètre, qui ont remplacé les wafers de 200 mm vers la fin 2005.

Pour fabriquer des transistors toujours plus minuscules, on utilise des rayonnements de longueur d’onde toujours plus courte et la course à la miniaturisation entraînera la photolithographie dans le spectre des rayons X de plus en plus durs (rayonnement UV puis rayons X…). Mais dans cette gamme de longueurs d’onde il devient difficile, voire impossible, de concentrer efficacement les rayons. Au milieu des années 1990, on estimait ne pas être en mesure de fabriquer industriellement des transistors de moins de 400 atomes (100 nm) de section avec un tel procédé. Dans l’industrie du silicium, cette limite s’appelle « the Wall ».

En 2021 la loi de Moore est jugée comme approchant de sa limite. Jusque-là, le nombre de transistors des microprocesseurs a progressé parce qu’ils sont de plus en plus petits grâce à l’augmentation de la finesse de gravure, mais celle-ci ne pourra pas descendre en dessous d’une certaine valeur. Pour continuer à augmenter le nombre de transistors sur la même surface, il est envisagé la construction à la verticale de puces en 3D. Les transistors ne seront pas plus petits, mais leur nombre augmentera comme si leur taille avait été réduite[12].

Certains commentateurs[13] mettent en doute la pertinence de la loi de Moore en matière de développement durable :

• le doublement périodique de la puissance de calcul a pour effet de diminuer la durée d'amortissement des équipements, donc de générer des déchets ;
• l'un des problèmes posés est la consommation électrique, plus que la puissance de calcul.

Les nouveaux besoins (informatique « verte », diminution de la taille des ordinateurs avec les netbooks et tablettes…) s'expriment moins en millions de transistors par mm² qu'en performance par énergie consommée.

Par ailleurs, faire descendre le traitement d'une tâche interactive de 20 secondes à 2 secondes, puis à 200 ms, est intéressant. Le faire tomber ensuite à 20 ms n'apporte pas nécessairement quelque chose, et certainement rien si cette tâche est isolée. Si les besoins industriels réclament de plus en plus de puissance, il n'en va pas indéfiniment de même de ceux du particulier.

On voit émerger les besoins des parties prenantes des entreprises, qui réclament que soient pris en compte les impacts environnementaux et sociaux de leur activité en matière de développement durable.

Un rapport d'information du Sénat français sur les nouvelles techniques de l'information[14] mentionne la loi de Moore comme la principale accélération technique de ces dernières décennies. Ce rapport souligne la nécessité de définir un système de valeurs dans la nouvelle société de l'information, qui évite le scientisme.

Dans ce contexte, on est amené à évaluer la performance par watt.

Le Green500 List classe les superordinateurs de la liste TOP500 en matière d'efficacité énergétique. Celle-ci est mesurée en FLOPS par watt[15].

Le constructeur informatique Bull a abandonné la loi de Moore dans ses objectifs, et retient maintenant le rapport performance / énergie dans ses plans d'informatique verte[16].

Certains constructeurs comme ARM introduisent des processeurs ne cherchant plus à suivre la loi de Moore[17]. Ses processeurs de 2009 possèdent parfois 100 000 transistors, soit moins qu'un processeur Intel 286 à 12 MHz de 1982[18], mais ne consomment qu'un quart de watt, équipant en 2009 une dizaine de modèles de netbooks fonctionnant sous Linux ou d'autres systèmes d’exploitation.

La création en 2007 de la Climate Savers Computing Initiative, qui s'est fixé pour objectif de réduire de moitié la consommation électrique des ordinateurs, a probablement signé l'arrêt de mort de la loi de Moore.