La perspective est suffisamment alarmante pour faire réagir. « Le tsunami de données qui arrive va engendrer une explosion de la consommation énergétique des technologies de l’information et de la communication », prévoit Jean-René Lèquepeys. Le directeur technique du CEA-Leti anticipe la production de plus de 2 000 zettaoctets en 2035, contre… 64 seulement en 2020. « Les données représentent déjà 4% de la consommation d’électricité mondiale, estime-t-il. Si nous ne faisons rien, leur consommation va passer à 14% en 2030. » Avec son programme Leti 2030, laboratoire explore différentes voies pour endiguer ce phénomène. Avec un objectif : réduire d’un facteur 1 000 la consommation énergétique de l’électronique d’ici à la prochaine décennie.
Pas de solution miracle pour cela. Mais une multitude de sujets à traiter, tant du côté de l’architecture des semi-conducteurs et de leur écoconception que de leurs usages. «En 2025, la moitié des données générées seront vouées à un usage en temps réel et n’ont pas besoin d’être conservées : un simple traitement en local suffit», anticipe par exemple Jean-René Lèquepeys. Un sujet d’autant plus important que le nombre d’objets connectés est voué à atteindre 60 milliards en 2030… et que plus de 80% des données créées proviennent déjà de machines.
Puce neuromorphique et qubits
D’autres solutions – plus ou moins proches de l’industrialisation – visent à mettre fin à certaines aberrations au sein même du fonctionnement des dispositifs de calcul. «90% de la consommation énergétique est due à la manipulation des données, et non au calcul, rappelle le directeur technique. Il faut repenser l’architecture actuelle des unités de calcul, où le stockage est indépendant du calcul, qui demande de nombreux allers-retours entre les deux.» Certaines architectures permettent déjà d’éviter ces déplacements, grâce à « des outils de conception de circuits permettant de dimensionner la mémoire selon les algorithmes que vous voulez exécuter, pour y effectuer certaines étapes de calcul », développe Jean-René Lèquepeys.
Pour aller plus loin, les chercheurs s'inspirent de la nature. « Nos circuits électroniques sont plusieurs décades en retard du fonctionnement humain, et même d’une abeille, relate-t-il. S’inspirer des organismes vivants peut être une manière de baisser drastiquement la consommation. » Car le cerveau animal ne sépare pas le stockage et le traitement de l’information : synapses et neurones se chargent de tout.
Certains usages, comme la détection de formes ou l’analyse de l’environnement – pour lesquels le cerveau est particulièrement efficace – pourraient à terme bénéficier d’une telle approche. D’ici là, le CEA-Leti planche sur une approche inspirée de l’intelligence distribuée des grillons pour traiter localement les informations de différents capteurs. «Ce genre de puce a l’avantage de fonctionner de manière impulsionnelle, donc de ne consommer de l’énergie que lorsque c’est requis, ajoute Jean-René Lèquepeys. Cela peut être très utile pour limiter la consommation de capteurs au fonctionnement ponctuel.»
Des travaux prêts à être transférés
Plus lointain encore, un autre horizon devrait permettre, d’ici 5 à 10 ans selon le CEA-Leti, de diviser l’impact énergétique des technologies de l’information : le calcul quantique. Le laboratoire, qui travaille depuis de nombreuses années sur l’approche des qubits sur silicium – compatibles avec les méthodes de production de la microélectronique – entend intégrer cette technologie dans les datacenters. «Il y aura un gain d’énergie très important sur les calculs d’optimisation et de recherche dans de très larges bases de données, sur lesquels nous pouvons gagner cinq ordres de grandeur», estime Jean-René Lèquepeys.
Si ces recherches paraissent fondamentales, le CEA-Leti ne déroge pas à sa ligne d’action : «Faire de l’innovation, de l’innovation de rupture, mais aussi la transférer aux industriels, assure Jean-René Lèquepeys. Nous travaillons dans un environnement identique à l’industrie, avec les mêmes équipements, pour réaliser des transferts rapidement du laboratoire aux usines.»
De cette approche sont déjà sorties les technologies FD-SOI – développées avec ses deux spin-off, ST Microelectronics et Soitec – dont la dernière génération de 17 nm devrait permettre une diminution de 40% de la consommation énergétique des puces.
Déjà adoptée par l’américain AMD, l’architecture de type chiplet – un assemblage de petites unités de calcul sur une puce – a elle aussi passé la barrière de l’industrialisation. «Une puce de ce type de la taille d’un ongle peut atteindre une puissance équivalente à celle de 10 ordinateurs personnels, compare le responsable. Les données effectuent moins d’allers-retours, sur des chemins plus courts.» Une arme supplémentaire pour espérer endiguer l’explosion de la consommation énergétique du numérique.
