Qu'est-ce que la loi de Moore et pourquoi est-elle en train de mourir ?

Si vous avez prêté attention aux médias technologiques au cours de la dernière décennie, vous aurez probablement entendu parler de la loi de Moore et comment il est apparemment en train de mourir. Malheureusement, il est difficile de décrire ce qu'est la loi de Moore et comment elle est exactement en train de mourir dans un article d'actualité standard. Voici tout ce que vous devez savoir sur la loi de Moore, ce qu'elle signifie pour les transformateurs, pourquoi les gens disent qu'elle est en train de mourir et comment les entreprises trouvent des solutions de contournement.

Une loi descriptive du fonctionnement de l'industrie des puces depuis des décennies

La loi de Moore a été inventée par Gordon Moore, co-fondateur d'Intel en 1965, et prévoit que tous les deux ans, le nombre de transistors (essentiellement le plus petit composant d'un processeur) doublera. Donc, si vous construisez la plus grosse puce possible en un an, vous devriez être capable de fabriquer une puce contenant deux fois plus de transistors deux ans plus tard. Si l'industrie parvient à produire un processeur doté d'un million de transistors en un an, dans deux ans, une puce à deux millions de transistors devrait être possible.

Cela est largement dû à la manière dont les puces sont fabriquées au moyen de ce qu'on appelle un nœud de processus. Chaque nouveau processus est censé être plus dense que le précédent, c'est ainsi que l'industrie a pu répondre aux projections de la loi de Moore pendant des décennies. Vous vous demandez peut-être pourquoi la densité est nécessaire pour continuer à augmenter le nombre de transistors; pourquoi ne pas simplement fabriquer une plus grosse puce chaque année? Eh bien, une seule puce ne peut être qu’une taille limitée. Les plus gros copeaux jamais fabriqués en grand volume mesurent au maximum 800 mm2, ce qui peut facilement tenir dans la paume de votre main. Une densité plus élevée est donc nécessaire pour intégrer davantage de transistors dans une puce.

Pendant la majeure partie de l'histoire de l'informatique, les entreprises de fabrication (familièrement appelées fabs) étaient capables de lancer de nouveaux nœuds de processus tous les ans ou deux et de maintenir la loi de Moore en vigueur. De plus, les nouveaux nœuds ont également amélioré la fréquence (parfois simplement appelée performance) et l'efficacité énergétique. utiliser le processus le plus récent ou l'avant-dernier était généralement ce que les entreprises voulaient, à moins qu'elles ne fabriquent quelque chose basique. La loi de Moore était simplement une chose incontestée qui s'était produite et qui était considérée comme allant de soi.

Comment la loi de Moore est en train de mourir

L’industrie s’attendait à ce que le flux de nouveaux nœuds se poursuive chaque année environ, mais tout s’est effondré au 21e siècle. Un signe inquiétant a été la fin de la mise à l'échelle de Dennard, qui prédisait que des transistors plus compacts seraient capables d'atteindre des vitesses d'horloge plus élevées, mais cela a cessé d'être vrai autour de la barre des 65 nm au milieu des années 2000. Avec des tailles aussi petites, les transistors présentaient un nouveau comportement qu'aucun physicien n'aurait pu prévoir.

Mais la fin de la mise à l’échelle de Dennard n’était rien comparée à la crise que presque toutes les usines de fabrication du monde ont connue autour du 32 nm au début des années 2010. Réduire les transistors en dessous de 32 nm était extrêmement difficile et pendant des années, Intel a été la seule entreprise à réussir la transition vers le nœud 22 nm, la prochaine mise à niveau complète après 32 nm. Ce n'est qu'au milieu des années 2010 que les concurrents d'Intel ont pu rattraper leur retard, mais le secteur avait alors considérablement changé.

Le graphique ci-dessus illustre le nombre d'entreprises au fil des ans qui ont réussi à créer des nœuds leaders du secteur au cours d'une année et d'une génération données. Ce nombre était en baisse depuis des années mais a semblé se stabiliser entre la fin des années 2000 et le début des années 2010. Puis, lorsque les entreprises ont commencé à réaliser à quel point il serait difficile de progresser au-delà de 32 nm, elles ont jeté l’éponge. Quatorze usines de pointe ont atteint le nœud 45 nm, mais seulement six d’entre elles ont atteint le nœud 16 nm. Aujourd’hui, seules trois de ces usines sont encore à la pointe: Intel, Samsung et TSMC. Beaucoup, cependant, s’attendent à ce que Samsung ou Intel rejoignent éventuellement les rangs des disparus.

Même les entreprises capables de développer ces nouveaux nœuds ne peuvent pas égaler les gains de génération en génération des nœuds plus anciens. Il est de plus en plus difficile de rendre les chips plus denses; Le nœud 3 nm de TSMC n'a pas réussi à réduire le cache, ce qui est désastreux. Et tandis que les gains de densité diminuent à chaque génération, la production devient de plus en plus coûteuse, provoquant la le coût par transistor stagne depuis le 32 nm, ce qui rend plus difficile la vente de processeurs à des prix inférieurs. des prix. Les améliorations des performances et de l’efficacité ne sont pas non plus aussi bonnes qu’avant.

Tout cela ensemble signifie la mort de la loi de Moore pour les gens. Il ne s’agit pas seulement de ne pas doubler le nombre de transistors tous les deux ans; il s'agit d'augmenter les prix, de se heurter à des obstacles en termes de performances et de ne pas être en mesure d'améliorer l'efficacité aussi facilement qu'avant. Il s’agit d’un problème existentiel pour l’ensemble de l’industrie informatique.

Comment les entreprises répondent aux attentes de la loi de Moore alors même qu'elle est en train de mourir

Même si la mort de la loi de Moore constitue indéniablement un problème croissant, chaque année apporte son lot d'innovations de la part d'acteurs clés, dont beaucoup trouvent des moyens de contourner totalement les problèmes de fabrication qui tourmentent l’industrie depuis des années. Alors que la loi de Moore parle de transistors, l'esprit de la loi de Moore peut être maintenu vivant en respectant simplement les normes traditionnelles. améliorations des performances de génération en génération, et l'industrie dispose de nombreux outils, des outils qui n'existaient même pas il y a une décennie.

La technologie chiplet d'AMD et d'Intel (qu'Intel appelle tuiles) s'est avérée non seulement répondre aux attentes en termes de performances de la loi de Moore, mais également à celles des transistors. S'il est vrai qu'une seule puce ne peut être qu'une taille limitée, vous pouvez théoriquement ajouter de très nombreuses puces à un seul processeur. Un chiplet est essentiellement une petite puce associée à d’autres chiplets pour constituer un processeur complet. L'adoption par AMD des chipsets en 2019 a permis à l'entreprise de doubler le nombre de cœurs proposés dans les ordinateurs de bureau et les serveurs.

De plus, les chipsets peuvent être spécialisés, et c'est là que la technologie brille vraiment face à la loi de Moore mourante. Puisque le cache ne diminue pas vraiment sur les nœuds les plus récents, pourquoi ne pas placer tout le cache sur des chipsets utilisant des nœuds plus anciens et moins chers et les cœurs de processeur sur des chipsets avec le dernier nœud? C'est ce que fait AMD avec son Cache V 3D et son cache mémoire meurt (ou MCD) dans les GPU RX 7000 haut de gamme comme le RX 7900 XTX. Certains meilleurs processeurs et meilleurs GPU d'AMD ne serait pas possible sans chipsets.

Nvidia, en revanche, a fièrement proclamé la mort de la loi de Moore et a tout misé sur l'IA. En accélérant les charges de travail grâce à des cœurs Tensor compatibles IA, les performances peuvent facilement doubler, voire plus, de sorte que Nvidia n'a pas du tout touché aux chipsets. Cependant, l’IA est certainement une solution à plus forte intensité logicielle. DLSS, la technologie de mise à l'échelle de résolution basée sur l'IA de Nvidia, nécessite des efforts de la part des développeurs de jeux et de Nvidia pour être mise en œuvre dans les jeux, et le DLSS n'est pas parfait non plus.

La seule autre option en dehors de ces deux consiste simplement à améliorer l’architecture des processeurs et à obtenir plus de performances avec le même nombre de transistors. Ce chemin a toujours été très difficile à emprunter pour les entreprises, et même si les nouvelles générations les processeurs apportent des améliorations architecturales, l'amélioration des performances est généralement à un chiffre pourcentages. Quoi qu’il en soit, il pourrait être nécessaire que les concepteurs de puces se concentrent désormais davantage sur les mises à niveau architecturales, car il ne s’agit pas seulement d’une phase.