Résumé
Olivier Temam, directeur de recherches à l’Inria a montré pourquoi les performances des microprocesseurs ont évolué de façon considérable depuis l’introduction de l’Intel 4004 en 1971, tandis que restait inchangé leur principe de base issu de l’architecture de von Neumann des années 1940 : se relier à une mémoire externe, et exécuter un programme enregistré en mémoire sur des données elles aussi en aussi mémoire en décodant ses instructions et en exécutant les calculs à l’aide d’unités arithmétiques et logiques et de mémoires locales temporaires.
L’amélioration des performances est venue de deux sources : la décroissante de la taille des fils et transistors, conduisant à une augmentation exponentielle du nombre de transistors par puce (loi de Moore) et à l’augmentation des vitesses d’horloge, et l’amélioration de l’architecture logique des processeurs fondée sur le parallélisme à grain fin et sur plusieurs échanges espace/temps : pipeline, spéculation, etc. Enfin, les mémoires devenant de plus en plus lentes par rapport aux processeurs, plusieurs niveaux de mémoire-cache gérés par des algorithmes sophistiqués accélèrent le temps moyen d’accès aux données.
O. Temam a expliqué que le défi actuel est celui de l’énergie dépensée. Comme on ne peut plus accélérer les horloges sans brûler les circuits, la seule solution pour améliorer les performances est de mettre plusieurs processeurs sur chaque puce (actuellement 8, bientôt des centaines ou des milliers), ce qui améliore aussi la tolérance aux erreurs de fabrication puisqu’on peut débrancher les processeurs non fonctionnels au test. Mais un nouveau problème apparaît, celui du « silicium noir » : tout processeur qui travaille chauffe, et il faut vite l’arrêter et faire migrer son programme ailleurs pour qu’il se refroidisse – une bonne partie des processeurs étant simplement en train de se reposer ! L’architecture matérielle est donc un sujet en évolution constante, d’autant plus que de nouvelles formes de pensée émergent avec les processeurs quantiques, biomimétiques, etc. Elles sont pleines de promesses, mais il ne faut pas confondre ses envies et la réalité, comme on le voit trop souvent dans des affirmations pseudo-scientifiques présomptueuses.
