Aujourd'hui, le processeur de ton téléphone contient des milliards de transistors. Mais combien y en avait-il au premier pas de ce voyage ? La réponse : 2 300. Et cette puce n'avait pas été conçue pour un ordinateur, mais pour une calculatrice.
Une commande de calculatrice
L'histoire commence au Japon. Busicom, une entreprise de calculatrices, a demandé à Intel des puces sur mesure pour une nouvelle calculatrice de bureau à imprimante. À l'époque, il était normal de concevoir plusieurs puces spécifiques différentes pour un tel appareil.
L'équipe d'Intel a choisi une autre voie : rassembler le calcul dans une seule puce processeur à usage général. Cette puce s'est appelée 4004. Quatre noms ressortent dans sa conception : Federico Faggin, Marcian « Ted » Hoff, Stanley Mazor et, de chez Busicom, Masatoshi Shima.
L'Intel 4004 a été annoncé le 15 novembre 1971 par une publicité d'Intel parue dans le magazine Electronic News. Le premier produit commercial à utiliser la puce était la calculatrice à imprimante modèle 141-PF de Busicom.
Le 4004 en chiffres
Selon les données techniques de Wikipedia, le 4004 :
- contenait 2 300 transistors,
- fonctionnait à une fréquence d'horloge maximale d'environ 740 kHz (l'objectif était en fait 1 MHz),
- était fabriqué selon un procédé pMOS à grille de silicium de 10 micromètres,
- travaillait sur des données de 4 bits et se présentait dans un boîtier à 16 broches,
- coûtait 60 dollars à sa sortie.
Un seul cycle d'instruction durait 10,8 microsecondes. Sa vitesse se situait entre environ 46 000 et 92 000 instructions par seconde, selon qu'une instruction prenait un ou deux cycles machine. Cela paraît très peu aujourd'hui, mais qu'une seule puce puisse porter tout le « cerveau » d'une calculatrice était, pour l'époque, un grand bond.
Que veut dire « 4 bits » ? À chaque étape, la puce ne pouvait traiter qu'un nombre de 4 bits, c'est-à-dire entre 0 et 15. Cela suffisait pour une calculatrice travaillant avec des chiffres décimaux (de 0 à 9) ; les nombres plus grands étaient traités morceau par morceau en plusieurs étapes.
De 1971 à aujourd'hui : combien de fois plus ?
Pour comparer, regardons une puce de téléphone actuelle. La puce A17 Pro d'Apple, annoncée le 12 septembre 2023 et utilisée dans les iPhone 15 Pro et iPhone 15 Pro Max, contient selon Wikipedia 19 milliards de transistors et est fabriquée selon un procédé de 3 nanomètres.
Faisons une simple division : 19 000 000 000 divisé par 2 300 donne environ 8,26 millions. En un peu plus d'un demi-siècle, le nombre de transistors d'une seule puce dans notre poche a donc été multiplié par environ 8 millions par rapport au premier microprocesseur.
L'écart de procédé de fabrication est lui aussi frappant. Le procédé de 10 micromètres du 4004 correspond à 10 000 nanomètres. Comparé au procédé dit « 3 nm » de l'A17 Pro, l'écart est de plusieurs milliers de fois. (Notons aussi que les appellations en « nm » d'aujourd'hui ne correspondent plus à une seule mesure physique précise, mais sont plutôt une étiquette de génération.)
| Intel 4004 (1971) | A17 Pro (2023) |
|---|---|
| 2 300 transistors | 19 milliards de transistors |
| ~740 kHz au maximum | 3,78 GHz au maximum |
| Procédé de 10 micromètres | Procédé « 3 nm » |
| 4 bits | 64 bits |
| Pour une calculatrice | Pour un smartphone |
Une petite puce, une grande idée
Cette augmentation a aussi un nom : la « loi de Moore », fondée sur l'observation de Gordon Moore, l'un des fondateurs d'Intel. Ce n'est pas une loi de la nature ; c'est une observation, et un objectif de l'industrie, selon laquelle le nombre de transistors dans les puces augmente en doublant à intervalles réguliers. La ligne qui va du 4004 à l'A17 Pro montre à quel point cette observation a été une boussole puissante pendant un demi-siècle.
Ce qui rend le 4004 important n'était pas sa puissance brute. La vraie révolution fut de montrer qu'un processeur pouvait tenir sur une seule puce et être programmé pour des tâches différentes. Cette idée a ouvert la voie, dans les années suivantes, aux ordinateurs personnels, aux consoles de jeux et finalement aux smartphones.
Tout ce qui nous vient à l'esprit quand on dit « processeur » aujourd'hui, c'est-à-dire l'idée d'une seule puce qui exécute un logiciel et se comporte en conséquence, s'est concrétisé avec ce petit composant noir. La calculatrice de Busicom n'est plus guère rappelée, mais la puce qui était dedans l'est.
Un projet qui avait commencé comme une commande de calculatrice se trouve à la tête de l'arbre généalogique de presque tous les appareils électroniques que nous utilisons aujourd'hui.
Le nombre de transistors a été multiplié par des millions en un demi-siècle ; à ton avis, peut-on dès aujourd'hui prévoir ce qui changera dans les puces au cours des 50 prochaines années ?