L’invention du circuit intégré ouvrit l’ère de la seconde révolution informatique.

Publié le 28 Nov, 2023
L’invention du circuit intégré ouvrit l’ère de la seconde révolution informatique.

M. Jack St. Clair Kilby, né le 8 novembre 1923 à Jefferson City, Missouri, et décédé le 20 juin 2005 à Dallas, Texas, fut un ingénieur électronique de renom originaire des États-Unis.

Sa contribution la plus notable au progrès scientifique et technologique fut l’élaboration du circuit intégré en 1958, durant son mandat chez Texas Instruments. Les premiers essais de Kilby consistèrent à interconnecter divers transistors par câblage manuel. En l’espace de quelques mois seulement, cette technologie embryonnaire évolua pour permettre la fabrication industrielle de puces en silicium intégrant de multiples transistors. Ces agencements de transistors, interconnectés à l’échelle microscopique au sein d’une même entité, ouvrirent la voie à la conception de dispositifs de stockage de données, ainsi qu’à des unités logiques et arithmétiques. La portée révolutionnaire de cette innovation réside dans sa capacité à agencer un nombre considérable de fonctions logiques dans un espace singulièrement compact.

Nous avons vu au sein de nos précédents articles que lors des premières phases de l’évolution électronique, les éléments constitutifs étaient montés sur des supports distincts et reliés par des conducteurs métalliques. Cependant, la décennie des années 1950 a marqué un tournant avec l’introduction des cartes à circuits imprimés dans lesquelles les interconnexions étaient incorporées au substrat servant de base aux composants. Par la suite, l’innovation s’est portée sur l’intégration des composants eux-mêmes sur des substrats en silicium. En introduisant délibérément des impuretés dans ce matériau, on modifie ses propriétés intrinsèques, permettant ainsi la création de jonctions spécifiques. Ces dernières sont essentielles à la conception de transistors hautement miniaturisés agencés en fonction des besoins fonctionnels précis.

L’évolution de la micro-électronique a conduit à la conceptualisation et à la production de circuits extrêmement sophistiqués de taille diminutive et à coût modique. Cette progression a mené à la miniaturisation progressive de l’unité centrale des systèmes informatiques culminant dans la conception du microprocesseur. Ce composant singulier a supplanté le besoin de multiples composants rudimentaires sur une carte électronique. Le 4004, premier de cette lignée, introduit par Intel au début de la décennie 1970, fut originellement envisagé pour satisfaire les exigences de la calculatrice électronique. Malgré ses capacités initiales limitées, ne pouvant gérer que quatre bits simultanément, Intel a depuis établi une série prolifique de microprocesseurs, dont la complexité fonctionnelle n’a cessé de croître, et qui ont servi de fondation à de nombreuses architectures informatiques.

Dans le contexte contemporain, les microprocesseurs peuvent traiter des données sur des largeurs de 32 à 64 bits. Bien que leurs capacités n’égalent pas encore celles des systèmes informatiques de grande envergure, la disparité entre ces derniers et les micro-ordinateurs s’estompe progressivement. De surcroît, certains microprocesseurs ont transcendé leur fonction initiale, intégrant des caractéristiques qui étaient auparavant déléguées à des circuits distincts, tels que les coprocesseurs arithmétiques ou les unités de gestion de mémoire. Conjointement, l’industrie a élaboré des circuits ayant des capacités de traitement similaires aux microprocesseurs, mais dotés d’une mémoire intégrée pour le stockage des programmes d’instructions. Ces composants, dénommés microcontrôleurs, trouvent leurs applications primaires dans les secteurs industriels et domestiques. Il convient également de noter le développement de microprocesseurs basés sur une architecture RISC (Reduced Instruction Set Computer), caractérisée par sa puissance accrue et sa simplicité relative. Cette configuration permet d’intensifier la densité fonctionnelle sur un même substrat de silicium.

L’accélération de la miniaturisation des circuits intégrés dans les années 1960 et 1970.

Au cours des années 1960, la course à l’espace, marquée par une intense rivalité entre les États-Unis et l’Union soviétique pour atteindre la Lune, a eu un impact considérable sur les avancées technologiques. Cette concurrence a non seulement relevé le défi de la conquête spatiale mais a aussi catalysé des innovations dans le domaine des semi-conducteurs. Transporter l’homme vers des destinations extraterrestres exigeait des systèmes électroniques extrêmement fiables car toute défaillance pouvait être fatale. En outre, compte tenu du coût élevé associé au transport de chaque gramme dans l’espace, les équipements devaient être légers et compacts.

Les résultats de ces efforts ont été spectaculaires. Tandis que les premiers circuits intégrés de la décennie comportaient quelques dizaines de transistors, les avancées, largement stimulées par les exigences de l’exploration spatiale, ont permis d’augmenter ce chiffre à plusieurs milliers d’ici la fin des années 1960. Les techniques de fabrication, en particulier la lithographie, ont évolué pour permettre des motifs toujours plus fins sur les puces de silicium, facilitant la création de puces plus denses et plus puissantes. Parallèlement à ces progrès, l’intérêt du public pour les missions spatiales a suscité une fascination pour la technologie en général, conduisant à une demande croissante d’appareils électroniques dans la vie quotidienne. 

En 1971,comme nous l’ avons déjà mentionné plus haut, Intel introduisit le 4004, le premier microprocesseur commercialisé. Cette puce, bien qu’initialement conçue pour des calculatrices, possédait toute la puissance d’un ordinateur de l’époque condensée en un seul circuit intégré. Les années qui suivirent virent une évolution rapide de ces puces avec des microprocesseurs toujours plus puissants tels que le 8080 d’Intel et le Z80 de Zilog, qui devinrent la norme pour les ordinateurs personnels en fin de décennie. Parallèlement à l’évolution des microprocesseurs, d’autres types de circuits intégrés ont vu des améliorations significatives. Les mémoires RAM et ROM sont devenues plus denses et moins chères permettant aux ordinateurs de disposer de davantage de mémoire pour stocker des programmes et des données. Les avancées dans la miniaturisation ont également conduit à l’émergence des premières puces ASIC (Application-Specific Integrated Circuits) vers la fin de la décennie autorisant des conceptions personnalisées pour des applications spécifiques.

Cette accélération du progrès des technologies électroniques dans la première partie de la seconde moitié du XXème siècle doivent nous interroger au sujet des limites de la miniaturisation. C’ est ce que nous ne manquerons pas de faire la semaine prochaine dans le cadre de notre prochain article. 

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