Fondamentaux de l’ingénierie : la loi de Moore est-elle la loi de Wright ? La technologie de la batterie l’espère
La loi de Moore cédera-t-elle à celle de Wright pour la technologie des batteries ?
Les lois scientifiques décrivent les phénomènes observés, comme la loi de la gravité de Newton. Les « lois » de l’ingénierie ont tendance à se concentrer sur les processus de conception ou de fabrication, comme la loi de Moore. Bien que cette plus célèbre des lois de l’ingénierie soit vraiment le corollaire d’un principe plus complet (comme nous le verrons bientôt), elle est néanmoins si bien connue que les experts non-semi-conducteurs s’y réfèrent souvent dans leurs prédictions. Par exemple, plusieurs défenseurs de la technologie ont déploré l’absence d’un équivalent de la loi de Moore dans le domaine des batteries automobiles.
« L’accent est mis (sur le marché des batteries) sur la réduction de moitié des coûts tout en doublant la densité énergétique au cours des trois prochaines années », a observé Michael Doyle, Corporate Fellow en sciences des matériaux au sein de l’équipe de stratégie et de recherche de Dassault Systèmes. La référence spécifique au doublement dans un laps de temps particulier imite les célèbres prédictions de la loi sur la conception et la fabrication de Gordon Moore. Mais voyons ce qui se cache derrière la déclaration de Doyle sur les tendances de la technologie des batteries.
Qu’est-ce qui motive cette volonté de doubler la densité tous les trois ans (contre 18 mois avec les nœuds semi-conducteurs) ? Plusieurs problèmes ont expliqué Doyle. Le coût est un conducteur. La réalité est que 50 000 $ pour une nouvelle voiture n’est pas une solution pour tout le monde ou pour le marché de masse. Ainsi, les coûts devront baisser, d’où la prédiction de réduction de moitié. Heureusement, une réduction des prix à l’échelle est monnaie courante dans les secteurs des semi-conducteurs et de l’automobile. Bien entendu, ces secteurs ne s’excluent pas mutuellement car les automobiles dépendent des semi-conducteurs et des technologies associées.
De même, les temps de charge devront également baisser. Les consommateurs n’attendront pas à une station-service pendant 30 minutes ou plus pour recharger leurs véhicules électriques. De plus, les batteries plus grosses prennent actuellement encore plus de temps à charger.
Heureusement, l’objectif de Tesla d’augmenter l’énergie de 5 à 6 fois semble prometteur, cite Doyle. De même, les équipementiers automobiles réduisent de 40 % les coûts par pack pour favoriser la rentabilité. Il existe plusieurs points de basculement, tels que la réduction de la masse dans un pack, qui pourraient également stimuler les marchés de l’aviation.
La loi de Moore dans le monde quantique
Tout comme dans les domaines des semi-conducteurs et de l’automobile, doubler les performances en quelques années ou moins est désormais la référence pour les ordinateurs quantiques. Au lieu de la loi de Moore, les praticiens de l’informatique quantique se réfèrent au volume quantique (QV) de leurs systèmes.
QV est une mesure de la capacité croissante des ordinateurs quantiques à résoudre des problèmes complexes du monde réel. Mais comment une augmentation de QV se rapporte-t-elle à des critères existants tels que les performances des semi-conducteurs dictées par la loi de Moore ? Avant de répondre à cette question, il est nécessaire de comprendre ce que l’on entend par volume quantique.
QV est une métrique indépendante du matériel qu’IBM a initialement utilisée pour mesurer les performances de ses ordinateurs quantiques. Cette métrique était nécessaire car le nombre de transistors d’un ordinateur classique et le nombre de bits quantiques d’un ordinateur quantique n’est pas le même. Les qubits décohèrent, oubliant les informations quantiques qui leur sont assignées en moins d’une milliseconde. Pour être commercialement viables et utiles, les ordinateurs quantiques doivent disposer de quelques qubits à faible erreur, hautement connectés et évolutifs afin de garantir un système tolérant aux pannes et fiable. C’est pourquoi QV sert maintenant de référence pour les progrès réalisés par les ordinateurs quantiques pour résoudre les problèmes du monde réel.
Selon la récente publication d’Honeywell, le System Model H1 est devenu le premier à atteindre un volume quantique démontré de 1024. Ce QV représente un doublement de son record d’il y a seulement quatre mois.
Vs de Wright. la loi de Moore
En 1936, Theodore P. Wright a écrit un article intitulé « Facteurs affectant les coûts des avions ». Il s’avère que la loi de Moore est un cas particulier de la loi de Wright. Cette loi décrivait l’évolution technologique de dizaines d’industries, y compris l’espace électronique des semi-conducteurs encore à former.
Il y a quelques années, le Santa Fe Institute (SFI) a publié un document de travail (Statistical Basis for Predicting Technological Progress, par Bela Nagy, J. Doyne Farmer, Quan M. Bui et Jessika E. Trancik) qui comparait les performances de six technologies -modèles de prévision avec des données de coûts historiques en dollars constants pour 62 technologies différentes. L’ensemble de données comprenait des spécifications sur le matériel comme les transistors et les DRAM et les produits dans l’énergie, les produits chimiques et d’autres catégories pendant les périodes où ils subissaient une évolution technologique. Les ensembles de données couvrent des périodes de près de 40 ans.
« Il n’est pas possible de quantifier les performances d’une technologie avec un seul chiffre », notent les auteurs du rapport. « Un ordinateur, par exemple, se caractérise par sa vitesse, sa capacité de stockage, sa taille et son coût, ainsi que par d’autres caractéristiques intangibles telles que l’esthétique. Une automobile peut être plus rapide tandis qu’une autre est moins chère.
Pour normaliser l’analyse, l’auteur s’est concentré sur une seule variable : le coût, en particulier le prix corrigé de l’inflation d’une « unité ». Par exemple, la refonte de la loi de Moore pour traduire la puissance de calcul en coût unitaire a transformé le familier « la puissance de calcul double tous les 18 mois » en « les coûts des transistors chutent de 50 % tous les 1,4 an ».
Selon le rapport, la loi de Wright semble être un prédicteur légèrement meilleur que la loi de Moore. Lorsque la production augmente de façon exponentielle, les lois de Moore et de Wright sont très similaires. Cependant, Wright’s Law sort en tête grâce à ses performances sur des périodes plus longues.
Ainsi, si la production pour la technologie des batteries augmente de façon exponentielle – grâce à l’augmentation de la production de véhicules électroniques (VE) – il est peut-être temps pour les experts de l’automobile de citer la loi de Wright au lieu de son dérivé semi-conducteur, ce qui pourrait bien expliquer pourquoi Doyle a mentionné l’objectif de doubler l’énergie données sur une période de 3 ans (au lieu de 18 mois). La tendance sera plus apparente à mesure que davantage de données seront compilées et analysées.
