Transistors

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Mis à jour le mercredi 19 mars 2014

Pour commencer, nous allons devoir faire une petite digression et parler un peu d’électronique : sans cela, impossible de vous expliquer en quoi est fait un ordinateur ! Sachez tout d'abord que nos ordinateurs sont fabriqués avec des composants électroniques que l'on appelle des transistors, reliés pour former des circuits plus ou moins compliqués. Presque tous les composants d'un ordinateur sont fabriqués avec un grand nombre de transistors, qui peut monter à quelques milliards sur des composants sophistiqués. Pour donner un exemple, sachez que les derniers modèles de processeurs peuvent utiliser près d'un milliard de transistors. Et le tout doit tenir sur quelques centimètres carrés : autant vous dire que la miniaturisation a fait d’énormes progrès !

Transistors CMOS

Il existe différents types de transistors, chacun avec ses particularités, ses avantages et ses inconvénients. On ne va pas en parler plus que ça, mais il faut préciser que les transistors utilisés dans nos ordinateurs sont des transistors à effet de champ à technologie CMOS. Si vous ne comprenez pas ce que ça signifie, ce n'est pas grave, c'est un simple détail sans grande importance.

Mais qu'est-ce qu'un transistor CMOS ?

Il s'agit simplement d'un composant relié à un circuit électronique par trois morceaux de "fil" conducteur que l'on appelle broches. On peut appliquer de force une tension électrique sur ces broches (attention à ne pas la confondre avec le courant électrique), qui peut représenter soit 0 soit 1 en fonction du transistor utilisé.

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Ces trois broches ont des utilités différentes et on leur a donné un nom pour mieux les repérer :

  • la grille ;

  • le drain ;

  • la source.

Dans les processeurs, on utilise notre transistor comme un interrupteur qui réagit en fonction de sa grille : suivant la valeur de la tension qui est appliquée sur la grille, le transistor conduira ou ne conduira pas le courant entre la source et le drain. En clair, appliquez la tension adéquate et la liaison entre la source et le drain se comportera comme un interrupteur fermé et conduira le courant : le transistor sera alors dit dans l'état passant. Par contre, si vous appliquez une tension à la bonne valeur sur la grille, cette liaison se comportera comme un interrupteur ouvert et le courant ne passera pas : le transistor sera dit dans l'état bloqué.

Il existe deux types de transistors CMOS, qui différent entre autres par la tension qu'il faut mettre sur la grille pour les ouvrir/fermer :

  • les transistors NMOS qui s'ouvrent lorsqu'on place une tension égale à zéro sur la grille et se ferment si la tension placée sur cette même grille représente un 1 ;

  • et les PMOS pour qui s'est l'inverse : ils se ferment lorsque la tension sur la grille est nulle, et s'ouvrent si celle-ci représente un 1.

Loi de Moore

De nos jours, le nombre de transistors des composants électroniques actuels augmente de plus en plus, et les concepteurs de circuits rivalisent d'ingéniosité pour miniaturiser le tout.

En 1965, le cofondateur de la société Intel, spécialisée dans la conception des mémoires et de processeurs, a affirmé que la quantité de transistors présents dans un processeur doublait tous les 18 mois. Cette affirmation porte aujourd'hui le nom de première loi de Moore. En 1975, le cofondateur d'Intel réévalua cette affirmation : ce n'est pas tous les 18 mois que le nombre de transistors d'un processeur double, mais tous les 24 mois. Cette nouvelle version, appelée la seconde loi de Moore, a redoutablement bien survécue : elle est toujours valable de nos jours.

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Ce faisant, la complexité des processeurs augmente de façon exponentielle dans le temps et sont censés devenir de plus en plus gourmands en transistors au fil du temps.

De plus, miniaturiser les transistors permet parfois de les rendre plus rapides : c'est un scientifique du nom de Robert Dennard qui a découvert un moyen de rendre un transistor plus rapide en diminuant certains paramètres physiques d'un transistor. Sans cette miniaturisation, vous pouvez être certains que nos processeurs en seraient pas aussi complexes qu’aujourd’hui. Mais attention, cela ne signifie pas pour autant que le nombre de transistors soit un indicateur efficace de performances : avoir beaucoup de transistors ne sert à rien si on le les utilise pas correctement.

Mais cette miniaturisation a ses limites et elle pose de nombreux problèmes dont on ne parlera pas ici. Sachez seulement que cette loi de Moore restera valable encore quelques dizaines d'années, et qu'au delà, on ne pourra plus rajouter de transistors dans nos processeurs aussi facilement que de nos jours.

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