Le microprocesseur, également connu sous le nom de CPU (Central Processing Unit), agit comme le cerveau des appareils électroniques modernes tels que les ordinateurs, smartphones et appareils photo numériques.
Voici à quoi ressemble un microprocesseur :
Cerveau et chef d’orchestre de vos appareils électroniques
Ce composant électronique est capable d’exécuter des programmes informatiques. Un programme est une suite d’instructions basiques comme « Additionne 2 nombres », « Enregistre cette information », « Va à la ligne n°4 du programme », etc. Les applications que vous utilisez tous les jours, tels que WhatsApp, Chrome, Instagram… peuvent être décomposées en suite d’instructions basiques que le microprocesseur de votre smartphone exécute.
Véritable petit chef d’orchestre, le microprocesseur coordonne les différentes parties de votre smartphone (comme le haut parleur, la batterie, l’écran, la caméra…) pour exécuter les programmes.
Les microprocesseurs actuels affichent des vitesses stupéfiantes : ils peuvent traiter plusieurs milliards d’instructions chaque seconde. Cette rapidité permet à votre smartphone de faire fonctionner simultanément plusieurs applications de façon parfaitement fluide 👍
Les premiers microprocesseurs
Autrefois, le « cerveau » des ordinateurs (processeur) était constitué de nombreux composants, connectés entre eux par des câbles. En 1971, la société Intel réalise une avancée révolutionnaire en rassemblant tous les composants dans un seul circuit intégré. La taille de ce processeur, minuscule, lui vaudra le nom de « microprocesseur« .
Cette miniaturisation a beaucoup d’avantages :
- Augmentation des performances : les composants sont plus proches les uns des autres ce qui accélère les échanges.
- Réduction de l’espace occupé, ce qui va ouvrir la voie aux premiers micro-ordinateurs, rendant l’informatique accessible au grand public.
- Diminution du nombre de pannes : moins de pièces = moins de problèmes.
- Réduction de la consommation d’énergie.
La loi de Moore et le nombre de transistors
Les transistors sont les principaux composants des microprocesseurs. Pour résumer : plus un microprocesseurs a de transistors, plus il est puissant.
En 1975, Gordon Earle Moore, l’un des 3 fondateurs de Intel, prédit que le nombre de transistors présents dans les microprocesseurs doublera tous les 2 ans. Cette prédiction se révélera exacte jusqu’à aujourd’hui et deviendra la célèbre « Loi de Moore ». A noter, qu’il ne s’agissait pas d’une loi « physique », mais plutôt d’une observation empirique qui a servi de point de repère aux fabricants de microprocesseurs. A l’époque, le microprocesseur « 4004 » d’Intel contenait 2.300 transistors. Aujourd’hui, un microprocesseur compte plusieurs dizaines de milliards de transistors 😮
Cette augmentation du nombre de transistors a démultiplié la puissance de calcul des microprocesseurs. Bizarrement, cette augmentation exponentielle de la puissance au fil des décennies n’a pas toujours été remarquée par le grand public : par exemple, les éditeurs de textes actuels semblent aujourd’hui plus lourds que ceux des années 2000. Cela est dû à un double paradoxe : plus un microprocesseur est puissant :
- moins les informaticiens vont chercher à optimiser leur programme.
- plus le marketing ajoute des gadgets peu utiles (par exemple : la possibilité de dessiner sur une page).
De ce fait, certains logiciels récents perdent en réactivité, bien que le microprocesseur soit des milliers fois plus rapide. Démultiplier la puissance n’apporte pas forcément de gain de productivité.
L’augmentation du nombre de transistors pose des défis techniques de plus en plus difficiles à résoudre :
- Pour augmenter le nombre de transistors sur un même espace, il faut les réduire de plus en plus. Aujourd’hui, les transistors mesurent jusqu’à 2 nanomètres, ce qui représente une douzaine d’atomes de large. Il devient physiquement impossible de faire plus petit.
- Plus le nombre de transistors est important, plus la surface est difficile à refroidir. La chaleur produite par le microprocesseur est susceptible de l’endommager.
Vous avez déjà lu une bonne partie de cet article, j’ai l’impression qu’il vous intéresse 👍
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Nombre de bits
Lorsqu’on installe un nouveau logiciel sur Windows, il arrive que le programme d’installation demande si l’ordinateur est un 32 bits ou un 64 bits. Cette étrange question est directement liée au microprocesseur de votre ordinateur, je vais vous expliquer pourquoi 🙂
Le nombre de bits est la taille maximale d’une instruction qu’on peut envoyer à un microprocesseur. Plus le nombre de bits est élevé, plus on peut envoyer de données en une fois, ce qui impacte l’efficacité du microprocesseur. C’est un peu comme avec ChatGPT, si votre prompt est limité à 32 mots, vous aurez moins de possibilités pour communiquer avec l’IA que si vous pouviez saisir jusqu’à 64 mots.
Actuellement, les processeurs ont généralement 32 ou 64 bits. En conséquence, certains logiciels disposent de 2 versions :
- Une version optimisée pour les microprocesseurs 32 bits.
- Une version optimisée pour les microprocesseurs 64 bits.
C’est plutôt une excellente chose et on peut féliciter les programmeurs de ces logiciels d’avoir ce niveau de détails. Il existe différentes raisons techniques qui expliquent l’intérêt de proposer ce choix de la version aux utilisateurs spécialisés. C’est très bien, mais cela coûte une recherche un peu pénible pour les amateurs.
Perspectives d’avenir
La progression des microprocesseurs, basée sur la miniaturisation des transistors atteint ses limites physiques. A priori, il n’est pas possible de fabriquer des composants qui mesurent moins de 1 atome, il faudra donc trouver des technologies alternatives pour poursuivre les progrès. Certaines pistes font l’objet de recherches comme :
- L’empilement des composants sur plusieurs couches (composant 3D) pour améliorer la densité sans réduire la taille des transistors.
- L’utilisation du graphène à la place du silicium, dont les propriétés permettent de poursuivre la réduction des transistors.
- Les processeurs quantiques : basés sur les principes de la mécanique quantique, ils pourraient réaliser certains calculs beaucoup plus rapidement que les microprocesseurs classiques.
- Les processeurs neuromorphiques : basés sur le fonctionnement des neurones biologiques, ils pourraient traiter le langage avec beaucoup moins d’énergie.
