Le bien et le mal dans l'homme

PLANETE TEHNO

L'histoire de l'humanité s'accélère. Sur les quatre milliard d'années d'existence de notre planète, toutes les espèces connues datent de moins de cent million d'années, l'homme de moins d'un million d'années, le plus ancien dessin sur la paroi d'une caverne de 30 000 ans. Il y a tout juste 500 ans, l'invention de l'imprimerie accélérait la diffusion du savoir. 200 ans nous séparent de la machine à vapeur qui provoqua la révolution industrielle. Avec ses 50 ans, l'ordinateur fait figure de jeunot. Et pourtant quelle comparaison possible entre le premier ordinateur ( 50 tonnes, 25 kilowatts, quelques milliers de positions de mémoire, une centaine d'instructions par seconde ) avec le micro processeur Pentium ( quelques grammes, 25 watts, 8 à 32 Mega-octets de mémoire, 100 millions d'instructions par seconde). Et tout laisse à penser que dans 10 ans le Pentium apparaîtra aussi démodé que le premier ordinateur.

Lorsqu'il a été inventé, l'ordinateur était une curiosité de laboratoire. Au début des années 50, une étude de marché restée célèbre évaluait le marché mondial à une cinquantaine de machines. Aujourd'hui, les 200 millions d'ordinateurs installés démontrent qu'il serait inconcevable de s'en passer dans la civilisation industrielle contemporaine. Depuis 1995, il se vend dans le monde plus de P.C. que de téléviseurs. Pendant le temps mis à lire ce texte, le nombre d'ordinateurs connectés à l'Internet, le réseau des réseaux, a augmenté de plusieurs milliers. La manière dont l'informatique a révolutionné l'activité intellectuelle et économique n'a pas d'équivalent dans d'autres domaines. Une description purement statique des techniques et des résultats est donc totalement insuffisante pour comprendre l'informatique. Une vision dynamique s'appuyant sur les grandes tendances de l'évolution est indispensable pour comprendre ce qui va se passer même à très court terme.

L'évolution foudroyante du matériel

C'est l'évolution de la technologie des composants qui depuis plus de 40 ans joue un rôle moteur primordial dans le développement de l'informatique.

Deux phénomènes presque simultanés se sont produits vers la fin des années 40 : En 1945, l'invention par John von Neumann du calculateur à programme enregistré et, en 1948, l'invention du transistor par trois chercheurs des Bell Laboratories.

• En 1945, John von Neumann (1903-1957) inventait la forme moderne du programme enregistré. Vers 1840, le concept de programme avait déjà été introduit par Charles Babbage (1792-1871) comme élément d'une machine à calculer « analytique » qu'il se proposait de réaliser mais cette machine n'a jamais été construite. John von Neumann a introduit un raffinement important : écrire sous la même forme les instructions pour le traitement des données et les données elles-mêmes. Instructions et données étaient ainsi manipulées de la même manière par la machine ouvrant la voie à l'ordinateur moderne.
• Le transistor a été inventé en 1948 par John Bardeen, William Schockley et Walter Brattain, trois chercheurs des Bell Laboratories. A cette époque, le seul moyen connu d'amplifier un courant électrique était la lampe triode inventée en 1906 par Lee de Forest. La lampe triode avait permis le développement de la téléphonie et de la radio. C'était le composant majeur de tous les circuits électroniques. Cependant, la triode avait un gros défaut : son filament dont le chauffage consommait beaucoup d'énergie et dont la fragilité réduisait la durée de vie à quelques centaines d'heures. Les systèmes ne pouvaient pas comporter plus d'une centaine de lampes sinon la fiabilité devenait intolérable. Par comparaison, le transistor consommait 1/10 000 000 ème de l'énergie nécessaire à la triode avec une durée de vie quasiment illimitée.

La synergie entre un nouveau composant et une nouvelle application a provoqué une croissance explosive des deux. En effet, les systèmes numériques demandent un nombre très élevé de composants : une simple calculette a besoin de 100 fois plus de transistors qu'un téléviseur. Le microprocesseur Pentium qui va servir d'exemple dans ce document comporte 7 millions de transistors. La mémoire nécessaire pour les données en contient plusieurs centaines de millions. Avec un tel nombre de composants, le problème clé à résoudre a été celui du nombre et du coût des connexions.

Le coût de la connexion

De 10 francs sur un connecteur, ce coût passe à 1 franc sur une carte et tombe à un millionième de franc à l'intérieur d'un circuit intégré. Depuis le début des années 60, la stratégie des ingénieurs a donc été extrêmement simple : mettre le maximum de composants et de connexions dans un circuit intégré pour diminuer les coûts. En 1995, on sait mettre 7 millions de transistors dans un Pentium ce qui représente environ 18 millions de connexions. Par des méthodes traditionnelles, il aurait fallu 40 ans à un câbleur pour réaliser ces 18 millions de connexions. Par la miniaturisation et par l'intégration dans un seul circuit intégré, on obtient ce résultat pour quelques centaines de francs.

La taille d'un circuit intégré a peu évolué. L'accroissement du nombre de composants est obtenu principalement par une réduction de la taille des gravures sur les circuits (actuellement environ 0.5 micron). Cette réduction entraîne deux conséquences sur les performances et sur les coûts :

• Les performances s'améliorent constamment. La vitesse maximum de fonctionnement d'un transistor dépend du temps de transit des électrons à l'intérieur du transistor. Plus l'intégration augmente, plus la taille des transistors diminue et plus les performances s'améliorent.
• Le coût marginal de production d'un circuit est à peu près constant (quelques dizaines de francs). La matière première, le silicium est disponible en abondance partout. Le prix unitaire d'un circuit est donc fixé par l'amortissement des études et de l'usine de fabrication. A performances constantes, le coût d'un microprocesseur ou de la mémoire est divisé par 10 tous les 4 ans.

A titre d'exemple au début des années 1980, le super ordinateur CRAY 1, capable de traiter 100 millions d'instructions par seconde était vendu 60 millions de francs. Il nécessitait une grande salle machine et des équipements de climatisation. En 1996, Un micro-ordinateur de cette puissance, à base de Pentium 100, avec la même capacité mémoire est la machine multimédia de base pour le grand public. Le prix est d'environ 10 000 francs soit 6000 fois moins que le CRAY 1. Ce micro-ordinateur fonctionne posé sur un bureau, sans précautions particulières.

Une évolution exponentielle

Le nombre de composants par circuit est passé, de manière très régulière, de quelques composants à la fin des années 50 à plusieurs millions aujourd'hui. Dès 1964, Gordon Moore, alors directeur de la recherche chez Fairchild avant de créer la société Intel en 1968, fût le premier à prédire que le nombre de composants par circuit continuerait à doubler tous les deux ans comme cela avait été le cas au cours des 5 années précédentes. Il n'y a pas eu depuis 30 ans de déviation significative par rapport à cette prédiction comme le montre la figure 1.