La puce — Brique électronique de la société moderne
LA CAFETIÈRE programmable qui vous prépare le café du matin, la calculatrice de poche qui vous évite d’aligner sur le papier des colonnes de chiffres, le tableau de bord aux multiples moyens de visualisation des nouvelles automobiles — ces objets ont tous un point commun: ils fonctionnent grâce à de fines pastilles de silicium guère plus grandes que l’ongle du pouce d’un nourrisson.
On retrouve ces pastilles dans bien d’autres appareils familiers: montres, téléviseurs, radios, téléphones, appareils électroménagers, et dans certains outils. De l’utilisation domestique la plus courante aux applications militaires les plus secrètes, cette petite merveille de l’électronique, la puce, est partout en train de révolutionner le mode de vie et le travail de l’homme. Mais qu’est-ce au juste qu’une puce électronique? Quelle est son histoire? Comment en est-elle venue à entrer dans notre vie quotidienne?
Qu’est-ce qu’une puce?
Une puce de silicium est essentiellement un ensemble de circuits électroniques miniatures. On peut comparer un circuit électronique à une phrase. Chaque phrase est constituée d’éléments de base comme les noms, les verbes et les adjectifs. Selon l’ordre dans lequel on agence ces éléments, on obtient des affirmations, des questions, et pourquoi pas de la poésie. Disposées de façon logique, ces phrases permettent de converser ou d’écrire.
Les circuits électroniques sont conçus sur le même principe. En agençant de différentes manières des composants électroniques de base (transistors, diodes, résistances, etc.), on est en mesure de construire des circuits électroniques dédiés à des fonctions différentes. Enfin, la combinaison de milliers de circuits permet d’accomplir toute sorte d’opérations électroniques. C’est aussi simple que cela — du moins en théorie.
Dans la pratique, toutefois, la connexion de centaines de milliers de composants électroniques réclame un travail énorme, sans compter le problème de place. C’est précisément à cette difficulté que se sont heurtés les techniciens à la fin des années 40 lorsqu’ils ont construit les ordinateurs de la première génération. L’un de ces engins, l’ENIAC (Calculateur et intégrateur numérique électronique), fut installé à Philadelphie. Véritable monstre, il occupait 140 mètres carrés, pesait 27 tonnes, contenait quelque 19 000 tubes à vide et consommait l’équivalent de 1 300 ampoules de 100 watts. Sa voracité en électricité faisait l’objet de plaisanteries. On racontait par exemple que chaque fois qu’on le mettait en route, toutes les lumières du quartier ouest de Philadelphie baissaient.
Vu leur volume, l’ENIAC et les ordinateurs de même génération avaient une puissance de calcul absolument dérisoire en comparaison des machines actuelles. Alors que les ordinateurs de bureau sont aujourd’hui capables de réaliser plusieurs millions d’opérations à la seconde, l’ENIAC plafonnait à environ 5 000 additions et à seulement 300 multiplications à la seconde. Alors que l’EDVAC, autre géant primitif, ne pouvait garder en mémoire plus de 1 024 nombres, il est maintenant possible, pour quelques milliers de francs français, d’avoir un ordinateur capable de mémoriser 100 000 nombres ou plus. Comment est-on parvenu à fabriquer des ordinateurs aussi puissants?
Le début des années 60 a vu l’avènement d’un composant à la fois petit et efficace: le transistor. Grâce à lui, les scientifiques ont été en mesure de réduire la taille de ces monstrueux ordinateurs, lents et gourmands en énergie. Mais avant d’en arriver aux ordinateurs modernes un autre pas devait être franchi, et c’est la photographie qui allait fournir la solution.
Puce et miniaturisation
Comme vous le savez peut-être, on peut aujourd’hui agrandir ou réduire à volonté une photographie. Ces dernières années, on a mis au point une technique photographique qui permet de réduire à une dimension minuscule des plans entiers de circuit électronique. Ces plans sont parfois aussi compliqués que ceux d’une grande ville, mais, une fois réduits, ils tiennent sur une puce plus petite qu’une lentille de contact. Les photos ne sont pas réalisées sur du papier sensible ordinaire, mais sur des rondelles de silicium pur. Présent dans le sable, le silicium est l’un des éléments les plus abondants sur la terre.
Il possède des propriétés particulières qui en font un matériau idéal pour la réalisation des puces électroniques. Par exemple, selon le type d’impuretés chimiques qu’on lui ajoute, il peut se comporter en résistance, en condensateur, ou même en transistor. Voilà comment, en dopant des zones spécifiques d’une seule pastille de silicium avec différentes impuretés, il est possible de reproduire à sa surface un circuit électronique complet.
À partir de sable fondu et purifié, on réalise une cristallisation du silicium jusqu’à obtention d’un bloc dont la forme rappelle celle d’un salami. Le cristal est ensuite découpé en de fines rondelles auxquelles on fait subir un traitement spécial. Les minuscules reproductions des circuits électroniques complets sont alors gravées en couches successives sur la rondelle, et les impuretés chimiques sont ajoutées aux endroits appropriés. En fin d’opération, ce qui apparaît à la surface de la pastille n’est pas une simple image, mais bel et bien un circuit électronique prêt à fonctionner. C’est ce qu’on appelle un circuit intégré.
Les circuits intégrés des années 60 réunissaient une centaine de composants électroniques, ce qui permettait de construire de “petits” ordinateurs de la taille d’une valise à l’usage des laboratoires ou d’autres établissements. Depuis la fin des années 70, grâce à l’intégration à grande échelle on peut mettre plus de 100 000 composants sur une seule pastille de silicium. Ces puces atteignent un tel degré de complexité qu’une seule d’entre elles est théoriquement en mesure d’accomplir toutes les fonctions d’un ordinateur — commander un four à micro-ondes ou faire fonctionner une voiture, par exemple. Aujourd’hui, les informaticiens parlent d’intégration à très grande échelle pour des puces pouvant porter des millions de composants. Rendez-vous compte, une telle opération revient à faire tenir le plan d’une ville de presque 1 600 kilomètres de côté, presque cinq fois la superficie de la France, sur une pastille de 6 millimètres de côté!
La puce et vous
L’utilisation des puces élimine une grande partie du fastidieux travail de soudure et de manutention qu’exigeait auparavant la fabrication de circuits électroniques complexes. Elle permet également d’abaisser les coûts de production et de réduire la taille des circuits tout en augmentant leur fiabilité. La fabrication en série de puces douées de talents particuliers, la synthèse de sons par exemple, a permis de diminuer considérablement leur prix de revient, à tel point qu’on les trouve aujourd’hui un peu partout.
Nous sommes envahis par les puces: elles se sont glissées dans les jeux à synthèse vocale, les distributeurs automatiques, les voitures. Dans certains pays, l’“opératrice” qui vous donne l’heure ou un numéro de téléphone est parfois un morceau de silicium. Ce sont encore des puces électroniques qui permettent à certains appareils d’usage courant d’obéir à la parole. Peut-être quelques-uns d’entre eux ne sont-ils que de simples gadgets, mais d’autres en revanche sont d’une aide précieuse pour les handicapés.
Les puces se sont également immiscées dans le monde de l’industrie et des affaires. Dans les usines, elles sont utilisées pour commander des robots qui remplacent l’homme dans l’exécution de tâches fastidieuses, répétitives ou dangereuses. Elles sont déjà en place dans la construction automobile, assurant des opérations comme la soudure et la peinture. Dans les bureaux, les machines à écrire sont détrônées par des machines à traitement de texte qui vérifient l’orthographe, permettent d’effectuer des corrections sans avoir à retaper l’ensemble du document, ou font de l’adressage automatique. Il y a toutefois un revers à la médaille. Si les travailleurs en col blanc se trouvent libérés de tâches de bureau routinières, ils se trouvent, en revanche, de plus en plus cloués devant un écran d’ordinateur.
D’un autre côté, si notre époque a connu une formidable révolution des techniques de communication, elle le doit en grande partie à la puce de silicium. Le périodique que vous êtes en train de lire a été rédigé sous traitement de texte, composé par ordinateur, et son impression a bénéficié de l’apport de l’informatique. De fait, avec son système unique de composition et d’impression assistée par ordinateur — le MEPS (Système électronique de photocomposition multilingue) —, la Société Watchtower fait œuvre de pionnier dans l’exploitation de cette application multilingue d’une brique électronique de plus en plus présente et utile: la puce de silicium.