| |
Site WWW de Laurent Bloch
Slogan du site

ISSN 2271-3905
Cliquez ici si vous voulez visiter mon autre site, orienté vers des sujets moins techniques.

Pour recevoir (au plus une fois par semaine) les nouveautés de ce site, indiquez ici votre adresse électronique :

Enjeux stratégiques mondiaux
Micro-électronique : progrès chinois rapides
Désaffection pour les études scientifiques en Occident : le prix à payer
Article mis en ligne le 11 décembre 2021
dernière modification le 15 décembre 2021

par Laurent Bloch

 Annonces du RISC-V Summit

Le 6 décembre 2021 au RISC-V Summit de San Francisco le professeur Bao Yungang, de l’Institut de technologie informatique de l’Académie des sciences de Chine, a présenté une communication intitulée XiangShan : an Open-Source High-Performance RISC-V Processor.

RISC-V est une architecture de microprocesseurs libre et ouverte, c’est-à-dire que tout industriel désireux de produire des microprocesseurs RISC-V a accès sans restriction à ses spécifications techniques et peut commercialiser ses produits sans verser de redevances à qui que ce soit, à la différence de ce qui se passe avec une architecture privée, telle que celles d’ARM par exemple (qui aujourd’hui par exemple animent 80 % des téléphones mobiles de la planète).

 Architectures micro-électroniques

Qu’est-ce qu’une architecture de microprocesseurs ? C’est tout d’abord un jeu d’instructions (Instruction Set Architecture, ISA). En effet chaque processeur (aujourd’hui un microprocesseur sur un composant électronique unique, mais l’unité centrale des ordinateurs antérieurs aux années 1990 était une armoire de plusieurs m3 bourrée de cartes et de composants) comporte un jeu d’instructions qui lui est propre et qui constitue son langage machine. Chaque instruction machine est un objet physique, en l’occurrence un circuit électronique qui effectue une opération particulière (addition, déplacement de donnée, branchement à l’adresse d’une autre instruction...). Ces instructions sont en quelque sorte les verbes du langage machine, qui agissent sur les données (les substantifs, si l’on veut) qui sont enregistrées dans la mémoire (l’anglais storage, moins anthropomorphique, serait moins source de confusion) où elles sont repérées par leur adresse, qui est le numéro de case mémoire à partir du début.

La qualité et la sobriété de son architecture font la performance et l’efficacité d’un processeur. La science de la conception de ces architectures a connu une révolution au cours des années 1980, la révolution RISC, (pour Reduced Instruction Set Computer), qui aux jeux d’instructions complexes et lourds de la période précédente a substitué des jeux d’instructions plus sobres. Alors qu’avant cette révolution les microprocesseurs, très lents, étaient cantonnés aux micro-ordinateurs, la conception RISC leur a permis de remplacer progressivement toutes les autres formes de processeurs, ce qui a permis un effondrement des prix des ordinateurs, et par là leur généralisation à tous les domaines de la vie économique et sociale.

La plupart des ordinateurs sont néanmoins encore aujourd’hui animés par des microprocesseurs d’architecture Intel x86, archaïque parce qu’antérieure au RISC, ou si l’on veut dénommée (ex-post) CISC (pour Complex Instruction Set Computer). Cette survivance s’explique par deux facteurs : la nécessité d’assurer la compatibilité avec le stock de logiciels existants, et le fait qu’au cœur de chaque processeur Intel CISC réside un processeur RISC qui effectue le travail, cependant que le jeu d’instructions CISC est simulé par le micro-logiciel incorporé au processeur. Cet artifice ne va pas sans un gaspillage important de consommation électrique et de surface de silicium, ce qui a éliminé Intel du marché des téléphones portables, monopolisé aujourd’hui par les processeurs RISC d’architecture ARM, lesquels commencent à apparaître dans les ordinateurs, tel l’Apple M1. Il est probable que l’architecture Intel x86 amorce un déclin dont la rapidité dépendra des évolutions du parc de logiciels.

 Fabriquer des microprocesseurs

On l’aura compris, puisque l’informatique est la première industrie mondiale, il faut se demander comment sont fabriqués les microprocesseurs, et qui peut les fabriquer. Ici je serai bref, parce que j’ai donné plus de détails ici et . En bref donc voici comment cela se passe, il faut :

  1. des logiciels de conception ; en effet, on ne dessine pas un plan de 57 milliards de transistors (le dernier SoC, System on Chip, d’Apple) avec un normographe sur une table à dessin ; trois entreprises américaines (Cadence, Synopsys, Siemens EDA) se partagent l’essentiel du marché de tels logiciels, dont une achetée par Siemens mais toujours installée principalement aux États-Unis ;
  2. des appareils de photolithographie, les scanners : pour les matériels de pointe le marché se réduit à un seul industriel, le néerlandais ASML, qui collabore avec le laboratoire belge IMEC ;
  3. les dispositifs optiques, essentiellement d’énormes objectifs semblables à ceux des appareils photo, produits par Zeiss, Canon et Nikon.

L’essentiel est là. En amont sont des entreprises de préparation des barreaux de silicium monocristallins et des wafers (galettes de silicium), en aval des activités de test et de conditionnement (souvent en Malaisie), c’est important mais moins difficile à reproduire que les trois activités énumérées ci-dessus. Mentionnons Applied Materials, LAM Research et KLA Corporation. Le complexe industriel français de la région de Grenoble, outre l’usine STMicro de composants électroniques, comporte quelques entreprises dans ce domaine.

À ce jour seules deux entreprises maîtrisent la production de microprocesseurs à la pointe de la technique, soit la gravure en 2 nm (nanomètres) : le Taïwanais TSMC et le Coréen Samsung.

Toutes ces activités sont bien sûr étroitement surveillées par les autorités gouvernementales et encadrées par des mesures destinées à en assurer la confidentialité, les licences d’exportation ne sont délivrées qu’avec parcimonie, les personnels doivent signer des clauses de non divulgation et des engagements contractuels de ne pas entrer dans une autre entreprise du même secteur pendant un délai de plusieurs années en cas de rupture du contrat de travail, sous peine de sanctions civiles et pénales.

 Que font les Chinois ?

Au fil des années récentes les industriels chinois ont vu se réduire leurs possibilités d’accès aux technologies occidentales, et depuis la signature par Donald Trump, le 13 août 2018, d’un « ordre exécutif » qui interdit pratiquement tout transfert de technologie totalement ou partiellement américaine vers la Chine, l’embargo est total.

De toutes ces technologies, la plus inaccessible est sans doute celle d’ASML-IMEC, qui frise la sorcellerie. En effet, qui dit photolithographie dit recours à l’exposition à la lumière, or il n’aura pas échappé au lecteur attentif que les finesses de trait de l’ordre de 2 nm évoquées ci-dessus sont inférieures à la longueur d’onde la plus courte du rayonnement lumineux, celle du rayonnement ultraviolet extrême, soit 10 nm. En dessous on tombe dans les rayons X, dont les propriétés sont très différentes et ne conviennent pas à la photolithographie. Pour contourner cet obstacle les ingénieurs de l’IMEC et d’ASML utilisent la réfraction des rayons lumineux dans l’eau, selon des procédés très difficiles à mettre en œuvre.

Les planches de l’exposé du Professeur Bao Yungang annoncent des progrès spectaculaires des capacités de production chinoises : qu’ils soient capables de produire en 28 nm est un résultat bon mais pas inattendu. Qu’ils annoncent pour « bientôt » du 14 nm est plus surprenant. Bon, reste à voir les taux de yield (rendement), c’est-à-dire la proportion de circuits qui satisfont aux tests en sortie de chaîne, au lancement d’une unité de production ce peut être proche de zéro !

Comment les ingénieurs chinois ont-ils accompli ces progrès ? Par un travail acharné, n’en doutons pas un seul instant, et on pourra lire à ce sujet l’interview de Stéphane Grumbach dans le Monde. Par un effort de formation considérable. Selon les Américains, par espionnage industriel : on ne peut totalement exclure cette hypothèse, mais elle ne peut jouer qu’un rôle marginal. N’auraient-ils pas eu recours au recrutement d’ingénieurs étrangers du domaine ? C’était sans doute tentant.

Nous avons mentionné que les ingénieurs d’entreprises sensibles telles qu’ASML ou Synopsys étaient liés par des clauses contractuelles très strictes. Pour un ingénieur néerlandais d’ASML, enfreindre ces clauses aurait un coût social élevé : en gros, exil familial et rupture avec le pays natal, ou bien sanctions financières, sinon pire. Mais pour un ingénieur, disons, turc ou indien ? Que lui importent les Pays-Bas, au climat désolant ? Or ASML emploie des ingénieurs de toutes origines.

Les étudiants néerlandais, comme ceux de tous les pays occidentaux, se détournent de plus en plus des études scientifiques, bien trop fatigantes, au profit du management et de la finance, qui promettent de gros salaires à l’issue de cursus moins exigeants. Le comble est aux États-Unis : un ami professeur de physique théorique dans une grande université américaine me disait n’avoir plus que des étudiants chinois et indiens, plus quelques Russes et quelques Arabes. Dans les dernières années de mes fonctions de DSI de l’université Paris-Dauphine, les ingénieurs que je pouvais attirer étaient le plus souvent franco-tunisiens, franco-marocains, camerounais... On peut également lire cet article sur les succès des candidats marocains aux concours des meilleures écoles françaises. Il ne fait aucun doute que ce brain drain ne pourra pas durer éternellement, et que les pays occidentaux auront un jour à payer leur désaffection pour les études scientifiques et techniques.

 Quelques propositions

 Préalable à tout : introduire sérieusement l’informatique dans le système éducatif, au moins à partir du lycée ;
 soutenir les industriels que nous avons, puisque par chance il nous en reste, STMicro le plus grand, mais aussi des PME ;
 et aussi à l’échelle européenne, comme Global Foundries à Dresde ou ARM à Cambridge, des unités de production qui appartiennent à des entreprises extra-européennes, mais il y a sans doute des possibilités de rachat ;
 orienter les marchés publics vers des entreprises françaises ou européennes, qui existent, plutôt que vers les géants américains ;
 soutenir l’activité dans les logiciels libres, qui offrent des axes de développement indépendants parce qu’ils n’obéissent pas au même modèle économique que Microsoft - Oracle - Apple & C°.