"L'éternité, c'est long, surtout vers la fin : une autre histoire courte de la loi de Moore"

J’aurais volontiers attribué la première partie du titre de cet édito à Michel Audiard avant d’apprendre que l’auteur de cette citation n’est autre que l’écrivain austro-hongrois Franz Kafka. Vous placerez donc votre niveau de lecture à la hauteur que vous souhaitez, quelque part entre la légèreté du premier et l’univers souvent sinistre du second. 
Alternativement, une variation de ce titre aurait pu être « No exponential is forever: but forever can be delayed » dont la paternité revient à Gordon Moore (Intel), auteur éponyme de la loi dont il est ici question. Mais qui a édicté cette loi que tout le monde croit connaitre mais que bien peu parviennent à en énoncer le contenu ? La loi de Moore, c’est l’histoire de la formidable révolution industrielle dont l’origine se trouve dans la miniaturisation des circuits intégrés embarquant aujourd’hui des milliards de transistors. C’est aussi elle qui préside à la numérisation de notre société. En voici une histoire courte…

À l’origine de la loi Moore

C'est sur la base d’un jeu réduit de données, alors qu’il était employé de Fairchild, que G. Moore avait empiriquement formulé vers 1965, que l’augmentation de la densité d’intégration d’un facteur deux à intervalle régulier permettrait de minimiser le coût de fabrication par transistor unitaire avec de surcroît un gain de performance en fréquence. Partant d’un circuit intégré de 32 composants en 1964, Moore revint étayer sa projection en 1975 à l’IEDM (conférence pilotée par une forte audience industrielle) : un circuit mémoire de 65000 transistors issu des lignes de fabrication d’Intel venait confirmer sa prédiction de croissance exponentielle. C’est dans ce contexte que le métronome de Moore se mettait à battre avec une feuille de route faisant rentrer en résonance l’accroissement de la densité d’intégration et des performances, d’une part, avec la réduction du coût/bit, d’autre part.

C’est à la même époque que R. Dennard (IBM) théorisa les règles de mise à l’échelle (« scaling law ») du transistor MOS qui démontrait que sa densité de puissance restait constante avec la réduction de ses dimensions (et à fréquence d’opération identique !). Les travaux de Dennard confirmaient la promesse d’un doublement de la densité d’intégration et d’un gain en fréquence de 40% pour une réduction homothétique de √2 des dimensions du transistor et le rehaussement du dopage canal dans la même proportion.

Élevée au rang sacré de « bible » technologique, la loi de Moore devint dès lors une prophétie auto-réalisatrice à laquelle l’industrie du semiconducteur se voua pour anticiper le développement de nouveaux procédés et la mise au point de nouveaux équipements, en particulier ceux de lithographie. Jamais une filière industrielle n’avait eu une feuille de route aussi bien tracée selon une trajectoire fixant à la fois les règles du jeu technique et économique.

Le chemin comportait de nombreux défis et verrous technologiques : on savait où on allait sans toutefois détenir toutes les clefs pour s’y rendre, mais on y allait ! Consciente des enjeux posés par la poursuite de la loi de Moore, l’industrie mondiale du semiconducteur s’accorda en 1993 pour formaliser la feuille de route ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) qui permit de fixer des objectifs quantifiés précis sur un calendrier quasi-irrévocable. Ainsi le premier nœud technologique de l’ITRS se positionnait sur une taille de motif (la longueur de grille en première intention) de 0.5 μm, projetait 300000 portes par puces, anticipait  des mémoires DRAM et SRAM de 16 et 4 Mégabits, respectivement, le tout pour un coût de 4$ par cm2 ! L’intervalle régulier, évoqué plus haut, était dorénavant fixé à trois ans pour progresser d’un noeud technologique au suivant...

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