Les semi-conducteurs : saut pédagogique dans l'univers des puces

information fournie par Zonebourse •03/07/2026 à 12:24

Radio, téléphones, appareils photos, voitures... depuis les années 1970, les puces se sont glissées dans tous nos objets électroniques du quotidien. Un essor planétaire qui a rapidement été capté par les marchés et qui ne s'est jamais vraiment démenti : depuis le début de l'année, l'indice SOXX, qui regroupe les principaux acteurs du marché, a progressé de 113%, une hausse qui atteint même 170% en un an, 280% en trois ans, 325% en cinq ans ou même... 1 950% en dix ans ! Derrière cet engouement se cache pourtant une technologie au fonctionnement largement méconnu.

L'humanité a commencé à compter sur ses doigts avant d'inventer les bouliers, puis les calculatrices. Mais c'est après la Seconde Guerre mondiale que la véritable révolution s'amorce : celle des ordinateurs électroniques, alors même que les besoins explosent dans des domaines aussi variés que les télécommunications, la recherche scientifique, les statistiques ou la défense.

Les ingénieurs se mettent à rêver de construire des machines capables d'additionner, soustraire, mesurer une trajectoire, une accélération, une vitesse, une racine carrée... bref, de calculer.

A l'époque, les premiers ordinateurs sont encore balbutiants : ils s'appuient sur des tubes à vide dans lesquels on fait passer ou non du courant : un tube allumé est codé 1, un tube éteint est codé 0. Mais le système est lent, fragile, encombrant... c'est-à-dire limité.

Les scientifiques s'intéressent alors aux semi-conducteurs, comme le silicium ou le germanium, des matériaux aux propriétés uniques : leur conductivité électrique peut être modifiée par l'ajout de certains éléments, comme le phosphore, le bore ou l'antimoine. C'est précisément cette propriété qui permet de fabriquer des transistors, de minuscules interrupteurs électroniques capables de représenter deux états électriques (0 ou 1), à la base du fonctionnement des ordinateurs.

De quoi parle-t-on ?

Ces différents montages électriques permettent par exemple d'amplifier un courant électrique, une application qui sera vite utilisée pour les aides auditives ou encore les radios.

Par la suite, on s'aperçoit que plusieurs transistors peuvent être implantés sur une même plaquette de silicium ou de germanium : le circuit intégré, ou "puce", vient de naître. Nous sommes alors dans les locaux de Texas Instruments, à l'été 1958. Cette date marque peu ou prou le coup d'envoi de la course à la miniaturisation : des circuits plus petits et moins énergivores offriront de nouvelles opportunités d'utilisation, se dit-on fort justement.

En 1975, Gordon Moore postule que les avancées techniques permettront de doubler le nombre de transistors présents sur une puce tous les deux ans. Une théorie qui se révéla particulièrement exacte jusqu'au début du siècle et qui restera comme "la loi de Moore".

C'est en effet en réunissant des milliers, puis des millions et enfin des milliards de transistors sur une même puce, que les ingénieurs vont parvenir à exécuter des calculs toujours plus complexes.

Il faut ici comprendre que les ordinateurs sauvegardent les informations via un langage binaire (0 ou 1). C'est d'ailleurs le "bit" qui constitue l'unité de stockage de cette information. En 1971, Intel dévoilait une puce mémoire capable de stocker 1 024 bits pour 20 USD. Un demi-siècle plus tard, cette même somme permet d'acheter... un milliard de bits.

En fait, "la haute technologie n'existerait pas si le coût du traitement et de la mémorisation des 0 et des 1 n'avait pas diminué d'un milliard de fois au cours des cinquante dernières années", souligne Chris Miller, auteur de l'essai "La guerre des semi-conducteurs" (L'Archipel, 2026).

Comment ça marche ?

Mais en quoi stocker des 0 et des 1 permet-il de calculer quoi que ce soit ? C'est ici que réside tout le secret de l'informatique. Pour mieux comprendre, il ne faut pas penser aux 0 et aux 1 comme à des nombres, mais comme à des interrupteurs éteints (0) ou allumés (1).

En les combinant selon des règles logiques très simples, le processeur réalise des opérations élémentaires comme l'addition. Répétées des milliards de fois par seconde, ces opérations permettent d'exécuter toutes sortes de calculs, des plus simples aux plus complexes.

Une bonne analogie est celle des Lego : une seule brique est peu utile, avec quelques-unes, on peut construire un petit objet, mais avec des millions de briques assemblées correctement, on peut construire presque tout ce que l'on imagine.

A quoi ça sert ?

La puissance de calcul désigne la capacité d'un ordinateur à effectuer des opérations sur des données. Cette puissance est devenue un enjeu majeur. Il est d'ailleurs souvent d'usage, lorsqu'on achète un ordinateur, de demander sa capacité de mémoire vive (RAM), car elle conditionne la quantité de données que l'ordinateur peut manipuler simultanément.

Et en la matière, les besoins explosent : intelligence artificielle, simulations scientifiques, cybersécurité, jeux vidéo ou encore conception industrielle nécessitent de traiter toujours plus d'informations, toujours plus vite.

À ce jour, une société comme TSMC parvient à fabriquer les puces parmi les plus avancées en se plongeant dans un monde qui se mesure en nanomètres (soit des milliardièmes de mètres).

Et maintenant ?

Cette miniaturisation spectaculaire approche toutefois progressivement de certaines limites physiques. Les industriels continuent d'améliorer les procédés de fabrication, mais explorent également de nouvelles architectures de calcul pour poursuivre les gains de performance.

Cette complexité explique aussi pourquoi les semi-conducteurs sont devenus un enjeu industriel majeur. Seules quelques entreprises maîtrisent les procédés de fabrication les plus avancés, tandis que les usines de gravure nécessitent des investissements de plusieurs dizaines de milliards de dollars.

Finalement, "fabriquer et miniaturiser des semi-conducteurs aura constitué le plus grand défi technique de notre époque", conclut Chris Miller.