La loi de Moore a rythmé pendant de nombreuses années, et rythme encore, l’amélioration de performances des systèmes numériques et particulièrement des processeurs universels de traitement de l’information. De plus, la durée d’exécution des programmes, quels qu’ils soient, pouvait être réduite en augmentant la fréquence d’horloge ou en améliorant l’architecture de ces processeurs.

Mais le ralentissement de la miniaturisation des transistors dès lors que la technologie se rapproche du nanomètre, l’arrêt de la progression de la fréquence des microprocesseurs et la consommation énergétique élevée d’un processeur polyvalent remettent en question ce progrès continu des composants depuis six décennies.

Micro-écran OLED - entreprise : Microoled

Dans ce contexte, l’Académie des Technologies a posé trois questions à quatre de ses experts :
• La loi de Moore : jusqu’à quand, et comment profiter des évolutions technologiques en cours pour réduire la dépendance de l’Europe en matière de conception et de fabrication de composants ? Joël Hartmann, Alain Pouyat
• L’usage de polymères comme l’ADN est-il une alternative crédible pour stocker de l’information en très grande quantité à des coûts réduits ? François Képès
• Quelles pistes le calcul quantique peut-il proposer pour pallier les limites des architectures traditionnelles et offrir une solution réalisable à moyen terme pour soutenir la croissance de la puissance de calcul dans les domaines d’application où il peut apporter une solution ? Boris Bourdoncle
En matière de calcul quantique, on peut constater que les solutions apportées au problème de la décohérence des états quantiques et des erreurs sur les opérations sont encore largement embryonnaires. Des découvertes majeures sont nécessaires pour espérer élaborer des dispositifs universels et fiables capables d’exécuter de grandes classes d’algorithmes et d’en exploiter tout le potentiel de performance quand il existe. En revanche il est raisonnable de penser que des coprocesseurs quantiques spécialisés verront le jour dans les années à venir et seront intégrés dans des architectures d’ordinateurs ou de supercalculateurs plus classiques pour résoudre certains problèmes d’optimisation et de simulation.

Pour le stockage des données, l’usage de polymères comme l’ADN, qui diminue drastiquement le volume d’archivage de très grandes quantités d’information avec un coût énergétique réduit est séduisant. Il se heurte toutefois à des vitesses d’écriture lentes, restreignant cet usage à certaines applications comme l’archivage dit « à froid » de très gros volumes de données patrimoniales.

En matière de semi-conducteurs, l’intégration au sein d’un même circuit (Soc) ou de plusieurs circuits dans un même packaging (Sip), de diverses fonctions d’un système donné permettra des accélérations de performances significatives et une consommation énergétique réduite. Il en est de même avec différents modèles d’intégration de nombreux cœurs de processeurs dans un même circuit selon le type de parallélisme souhaité, ou encore avec la spécialisation de circuits pour l’exécution exclusive d’une opération complète, comme par exemple celle de l’inférence neuronale en apprentissage automatique.
Le rapport souligne ainsi que toutes les réponses aux questions posées ont un point commun. Pour continuer à améliorer les performances des systèmes numériques, des solutions envisageables pour le moyen terme reposent sur l’emploi de dispositifs dédiés à chaque type d’application considéré et ceci quelle que soit la technologie employée (semi-conducteurs, polymères, quantique).

L’indépendance du logiciel et du matériel qui caractérise le monde numérique actuel a conduit à une forte concentration du marché des microprocesseurs et des fonderies de silicium, mais aussi au développement séparé des filières, recherche, industrialisation et enseignement pour chacune des deux grandes activités : matériel et logiciel. Cette indépendance a également facilité la protection du patrimoine applicatif des utilisateurs et a rendu possible le formidable déploiement des applications de l’Informatique.

Mais à l’inverse, cette nouvelle tendance vers des technologies numériques plus spécialisées va entrainer une rupture fondamentale des technologies et des marchés du numérique avec pour conséquences une forte imbrication du logiciel et du matériel (indispensable pour construire certains systèmes numériques performants), une transformation profonde du marché mondial, une nouvelle répartition des rôles entre les différents acteurs, ainsi qu’une remise en cause des modèles économiques existants et même, à terme, l’obsolescence d’une partie du parc logiciel existant.

Le rapport met également en évidence que les utilisateurs pourront être conduits à spécifier ou concevoir par eux-mêmes les dispositifs et les circuits intégrés nécessaires aux objets connectés spécifiques de leur activité ou aux supercalculateurs adaptés à la conception de leurs produits ou services. Ainsi, en étant plus performants et plus compétitifs, ils pourront se différencier plus fortement de leurs concurrents, ainsi que le font déjà avec succès des entreprises disruptives comme Tesla, Apple ou Qualcomm.

Dans tous les cas, cette nouvelle donne dans la répartition des tâches entre logiciel et matériel au profit de systèmes numériques performants va créer de nombreuses opportunités d’innovation à la portée de l’Europe. Il importe toutefois que les entreprises utilisatrices ou productrices de technologies ou services numériques, ainsi que les États prennent en compte rapidement et avec l’ampleur nécessaire les changements de paradigme décrits dans ce rapport.

– Accéder au rapport complet ICI

L’Académie des technologies est un établissement public placé sous la tutelle du ministre chargé de la recherche. Sa mission est de conduire des réflexions, formuler des propositions et émettre des avis sur les questions relatives aux technologies et à leur interaction avec la société.
Depuis janvier 2022, l’Académie des technologies est présidée par Denis Ranque, ancien PDG de Thales et président d’Airbus. https://www.academie-technologies.fr/