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Les processeurs remplacent les transistors

La mort du transistor?

 

Derrière le mot transistor, se cachent, en fait, plusieurs familles. De façon simplificatrice, on trouve les transistors à jonction découverts en 1947 et ceux à effet de champ découverts en 1960.

Si on ne voit plus, comme dans les années 1960, des cartes couvertes de transistors, ils continuent d’exister  mais, comme nous allons le voir, ils vivent cachés sous d’autres formes.

 

L’invention du circuit intégré

 

En 1958, John Kilby a l’idée de regrouper sur un même substrat quelques transistors et composants. Il venait d’inventer le circuit intégré.

Par rapport aux montages employant des composants discrets, la solution apporte différents avantages :

  • diminution du volume occupé,
  • diminution des dissipations calorifiques,
  • suppression de soudures, causes fréquentes de dysfonctionnements.

 

Une intégration de plus en plus poussée des composants

 

En 1964 on intégrait moins de 10 transistors dans un circuit (technologie SSI), en 1968 on allait jusqu’à 500 transistors (MSI), en 1971 jusqu’à 20 000 (LSI), en 1980 jusqu’à un million (VLSI).

 

La course en avant se poursuit toujours : en 2015 on se rapprochait des 2 milliards de transistors dans un circuit.

 

L’apparition du microprocesseur

 

La densification des composants sur un même support a permis en 1969 de mettre sur un même support le cœur d’un ordinateur (unité arithmétique et logique, registres…). Le microprocesseur était né et allait révolutionner l’informatique.

 

Le premier d’une longue liste à être commercialisé fût l’Intel 4004, microprocesseur 4 bits  sorti en 1971 comprenant  2250 transistors et exécutant 60.000 opérations par seconde.

 

Les améliorations des microprocesseurs

 

L’amélioration des performances des microprocesseurs sont la conséquence de plusieurs facteurs :

  • L’augmentation du nombre de transistors pour un volume donné (Voir loi de Moore ci-dessous
  • L’augmentation de la fréquence d’horloge qui rythme le déroulement des instructions
  • L’augmentation du nombre de bits traités par l’unité centrale et par les bus de données
  • Le parallélisme dans les traitements exécutés (multi-thread)

 

Une illustration de l’évolution des capacités des microprocesseurs

 

Le tableau ci-dessous donne les ordres de grandeurs des chiffres clés concernant les microprocesseurs par tranche de 11 années à partir du premier microprocesseur.

 

 

Année Nombre de transistors Finesse de gravure en nanomètre Fréquence de l’horloge Nb de bits (cp/bus) Nb de Méga-instructions par seconde
1971 2 300 10 000 740 kHz 4/4 0,06
1982 134 000 1 500 16 MHz 16/16 1
1993 3, 1 millions 250 200 MHz 32/64 100
2004 125 millions 65 3  GHz 32/64 9 000
2015 1 750 millions 14 4 GHz 64/64

 

 

Les lois de Moore

 

 

En savoir +

Gordon Earl Moore est un cofondateur d’Intel. Il doit sa célébrité à deux lois empiriques qui ont marqué les esprits pendant plus de quarante ans.

 

En 1965, Il table sur un doublement de la complexité des semi-conducteurs tous les ans à coût constant.

 

En 1975, il reformule sa proposition le doublement ne concerne plus que le nombre de transistors dans un microprocesseur, et ce, tous les deux ans. Cette assertion s’est révélée exacte pendant plusieurs dizaines d’années, ce qui lui a valu le titre de  « Loi de Moore ».

 

Il semble néanmoins que l’approche de certaines limites de la physique quantique, les coûts d’investissements pharamineux pour la production de composants de plus en plus petits et que l’échauffement croissant dû à la montée en fréquence  soient un frein de plus en plus efficace à la poursuite de cette loi qui aura au moins démontré la clairvoyance et la perspicacité de son inventeur.

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