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Les innovations en matière de puces deviennent de plus en plus petites et de plus en plus puissantes
Les puces électroniques sont le fondement de notre monde numérique. Aucun smartphone, aucun ordinateur, aucune voiture, aucune télécommande ne peut fonctionner sans elles. Et un jour proche, elles seront probablement implantées dans notre tête.
L'intelligence artificielle (IA), en particulier, alimente la demande croissante de puissance de calcul dans un format compact. Les fabricants de puces atteignent leurs limites physiques dans ce processus. Des start-ups et des universités européennes mènent des recherches sur les innovations en matière de puces afin de répondre à cette soif grandissante de puissance de calcul.
En 1971, Intel lançait la première puce électronique à succès commercial, la « 4004 ». À l'époque, ce fut une véritable révolution ; aujourd'hui, cependant, cette puce de trois millimètres sur quatre paraît encombrante. Et surtout, sous-dimensionnée : elle ne contenait que 2 300 transistors, un nombre inimaginable à l'époque, et ridiculement faible selon les normes actuelles.
Les transistors demeurent au cœur de toute puce informatique. Ces minuscules interrupteurs basculent entre marche et arrêt, entre zéro et un. Ils constituent le fondement de notre monde numérique. Plus le nombre de transistors est élevé, plus la puce est puissante : or, la demande mondiale en puissance de calcul et en stockage de données explose.
Depuis des années, l'industrie des semi-conducteurs est obsédée par une question fondamentale : combien de transistors supplémentaires peut-on intégrer sur une seule puce ? Au fil des décennies, les transistors sont devenus toujours plus petits, si bien qu'aujourd'hui, ils ne sont constitués que de quelques atomes. Ces interrupteurs sont désormais plus fins qu'un cheveu, plus petits qu'un globule rouge, et dotés de kilomètres de pistes. Un minuscule interrupteur – 500 000 fois plus petit qu'un millimètre – devenu absolument indispensable à notre quotidien. Deux cents millions de transistors peuvent tenir sur un millimètre carré ; sur une seule puce, on peut même en intégrer des dizaines de milliards
Cependant, dans un avenir proche, cette tentative de miniaturisation des semi-conducteurs atteindra ses limites physiques.
Actuellement, nous utilisons des puces comme les CPU (Unités Centrales de Traitement) pour les ordinateurs et les smartphones. La technologie alternative des GPU (Unités de Traitement Graphique), également appelées cartes graphiques, a été initialement développée pour l'affichage d'images, de vidéos et de graphismes 3D sur écrans d'ordinateur. Le fabricant de puces Nvidia s'est fait un nom grâce à ces puces et surfe aujourd'hui sur la demande croissante de puces dédiées à l'IA. Ces cartes graphiques présentent l'avantage de pouvoir exécuter des tâches en parallèle et de gérer simultanément de nombreuses tâches, ce dont l'IA a précisément besoin pour fonctionner efficacement.
Pour l'IA, les puces graphiques se sont révélées être la meilleure solution actuellement disponible ; les GPU constituent l'option de repli pour les algorithmes d'IA. En effet, il n'existe pas encore de nouvelles approches pour les puces d'IA. En revanche, la recherche et l'innovation sont omniprésentes. Bien que chaque nanomètre d'une puce soit déjà rempli de commutateurs, il subsiste un espace inexploité, notamment en hauteur. C'est précisément ce que Semron explore. Cette start-up basée à Dresde a développé des puces qui intègrent l'IA directement dans les appareils finaux tels que les smartphones et les casques audio. Cela permet un traitement local des données sur les appareils, ce qui est particulièrement avantageux pour les informations sensibles. Cependant, pour être suffisamment performantes, ces puces doivent être aussi petites, compactes, économiques et économes en énergie que possible
Le cofondateur Aron Kirschen est bien conscient que l'empilement de trois, quatre, voire cinq puces dans un boîtier ne suffit pas. Multiplier par cinq les performances, combiné au coût de cinq puces, est inutile lorsqu'une multiplication par mille est requise. Semron prévoit donc d'appliquer plusieurs couches de puces directement lors du processus de fabrication. Leur technologie de semi-conducteurs brevetée, « CapRAM », permet le traitement local des modèles d'IA. Cette technologie fonctionne déjà avec les puces mémoire, comme celles des smartphones. Nos téléphones contiennent jusqu'à 200 couches de mémoire. Cependant, cette technique s'avère plus complexe pour les processeurs, les composants informatiques d'une puce. D'une part, les transistors ne s'empilent pas aussi facilement. D'autre part, cette conception nécessite davantage d'énergie et, à des densités énergétiques élevées, la puce risque de surchauffer. Semron affirme avoir résolu ce problème. L'équipe doit désormais relever le défi majeur de convaincre les fabricants de puces d'adopter le procédé de fabrication breveté et de produire les puces en grande série. L'idée seule, cependant, ne suffit pas à satisfaire la demande croissante de puissance de calcul. Il faut aussi fabriquer les puces, et cela ne se fait ni en Allemagne ni même en Europe. C'est comparable à la révolution industrielle d'il y a 150 ans.
