Révolution «open source» dans les puces informatiques: la Suisse joue un rôle clé

Les universités ont recours à des technologies open source pour concevoir des puces Keystone / Laurent Gillieron

La Suisse soutient un mouvement open source qui permet aux universités et aux concepteurs de puces de se libérer de la dépendance commerciale vis-à-vis des entreprises monopolistiques.

L’essor fulgurant de l’intelligence artificielle génère de nouvelles demandes pour l’industrie des semi-conducteurs. Supercalculateurs et centres de données requièrent des puces spécialisées plus avancées.

Cette tendance a incité les écoles polytechniques fédérales en Suisse à se pencher sur la réalisation de semi-conducteurs de nouvelle génération. Mais pour concevoir et produire ces puces, les universités doivent tenir compte de restrictions quant à l’usage de l’ISA, l’«architecture de jeu d’instruction» (en anglais instruction set architecture).

Les ISA sont des traductrices essentielles qui déterminent la manière dont les puces interagissent avec les logiciels. Les plus utilisées sont contrôlées par les sociétés américaine Intel et britannique ARM. Les deux facturent des frais pour l’utilisation de leurs systèmes et restreignent les adaptations possibles pour de nouvelles puces.

Pour répondre à ce dilemme, l’ISA en libre accès RISC-V a été développée en 2010 à l’Université de Californie à Berkeley. Ensuite, cette technologie a été transférée dans une fondation à but non lucratif créée en 2015, laquelle sous l’appellation de RISC-V International Association a déménagé son siège en 2020 des États-Unis à Zurich.

«Liberté d’exploitation» dans la recherche des semi-conducteurs

L’École polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ) figure parmi ses fondateurs. Pour Luca Benini, professeur au Département des technologies de l’information et génie électrique à l’EPFZ, «cette alternative open source offre une infrastructure propice à l’innovation».  

«Comme les universitaires sont essentiellement bloqués par l’autorisation de ces propriétaires pour concevoir ou adapter des processeurs sur ces ISA, nous sommes passés à RISC-V pour pouvoir opérer plus librement», détaille-t-il.  

Par ce biais sur une période de dix ans, les équipes de recherches de l’EPFZ ont pu développer quelque 75 puces. Si la Suisse n’est pas directement en concurrence avec des pays comme Taïwan, les États-Unis ou la Chine, qui disposent de grosses fabriques produisant des puces, elle se concentre davantage sur des secteurs de niche. Notamment l’élaboration de semi-conducteurs à très faible consommation en énergie.  

«Nous avons conçu des processeurs RISC-V pour l’apprentissage automatique, l’inférence et l’entraînement de modèle de langage avec des gains d’efficacité multipliés par cent et qui ont été démontrés, une amélioration unique à ce niveau», poursuit-il.

À une époque où l’intelligence artificielle et l’expansion des centres de données exigent toujours davantage d’électricité, ces recherches sont impératives. «L’industrie des semi-conducteurs se réajuste à chaque étape du processus pour réduire tout calcul inutile, optimiser et être davantage économe en énergie», relève Alain-Serge Porret, vice-président des systèmes intégrés et sans fil au Centre suisse d’innovation technologique en matière d’énergie (CSEM), dans un articleLien externe sur le site Semiwiki.

«Même des sociétés de pointe qui jadis prônaient une expansion agressive cherchent à dimensionner leurs puces en fonction des réalités énergétiques du moment», dit-il.

Plus de ressources libérées

En Suisse, l’agence d’innovation publique-privée CSEM a été créée début 1980 par le gouvernement dans le but de favoriser la collaboration entre monde académique et industrie pour permettre au pays de rester dans la course à l’évolution technologique.

Sous l’égide de l’architecture RISC-V, les recherches dans le domaine des semi-conducteurs ont prospéré. Le CSEM a développé des processeurs avec sa propre ISA. Mais la gestion et la maintenance de cet écosystème nécessitent beaucoup de temps.

La présence d’une équipe de développeurs et des services d’assistance pour les entreprises qui utilisent cette technologie dans le cadre de leurs activités sont par conséquent nécessaires pour maintenir une telle architecture à jour et éviter les bugs.

Selon Stéphane Emery, responsable du groupe système sur puce au CSEM, confier cette tâche à une communauté en open source a permis de libérer des forces pour la recherche et l’innovation. L’architecture RISC-V rassemble plus de 4500 institutions universitaires ainsi que de grands groupes comme Google, Huawei, Siemens ou Sony.

L’ensemble de ces institutions mettent leurs forces en commun pour préserver et renforcer cette ISA, y ajoutant des applications et en ratifiant de nouvelles extensions.

«Comme c’est un écosystème très actif dont l’évolution est constante, il est primordial pour la recherche universitaire de pouvoir échanger régulièrement des avis et idées avec d’autres universités et entreprises concernées dans le monde entier», précise-t-il.

Le CERN des semi-conducteurs

Le CSEM entretient des liens commerciaux avec des marques mondiales. En particulier avec la multinationale United Semiconductor Japan, ex-Fujitsu, pour développer une puce à très faible consommation en énergie pour les smartphones et les tablettes.

En Suisse romande, l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) tire, elle aussi, parti de RISC-V pour des projets comme le microcontrôleur en libre accès X-HEEP. Celui-ci permet aux chercheurs et chercheuses de construire et tester des systèmes implémentés nécessitant peu d’énergie en vue d’une informatique de pointe qui consomme peu. Cela peut aller d’applications sur internet à des appareils biomédicaux portables.

Selon Luca Benini, un écosystème libre et ouvert à l’instar de l’architecture RISC-V est un outil vital pour les institutions actives dans la recherche académique en Suisse.  

Il le compare au CERN à Genève, ce laboratoire européen où physiciennes et physiciens expérimentent leurs théories grâce à l’accélérateur de particules. «RISC-V joue un rôle identique en tant qu’infrastructure de recherche pour les systèmes informatiques. C’est un atout très important de pouvoir correspondre concrètement avec le monde entier à propos de la recherche dans le domaine des logiciels et matériel spécialisé», conclut-il.

Relu et vérifié par Gabe Bullard, traduit de l’anglais par Alain Meyer/dbu