Les transistors et la miniaturisation de l'ordinateur

18 mai 1969
12m 14s
Réf. 01432

Notice

Résumé :

En 1969, dans l'usine IBM de Corbeil-Essonnes, le directeur technique montre les différentes étapes de miniaturisation des composants de l'ordinateur franchies en dix ans, avec l'utilisation du transistor et du circuit intégré.

Type de média :
Date de diffusion :
18 mai 1969

Contexte historique

En 1969, la France a lancé son " Plan Calcul ". Plan gouvernemental français, il est instauré en 1966 par le général de Gaulle qui défend une politique d'indépendance nationale. Le plan Calcul est destiné à assurer l'indépendance du pays en matière d'ordinateurs puissants, à un moment où la France cherche à se doter de l'arme atomique. Ce choix politique fait suite au refus américain de vendre à l'armée française un mainframe Control Data, ordinateur central très puissant en 1963.

Sous couvert d'une politique anti-prolifération nucléaire, les Américains prennent une série de mesures interdisant la vente d'équipements de haute technologie à la France. L'année suivante, Bull, une des principales entreprises françaises dans le domaine des ordinateurs, est rachetée par General Electrics, ce qui détermine la commande du rapport Ortoli puis le lancement du plan Calcul. Les objectifs du plan Calcul sont de maintenir une industrie informatique nationale et de subvenir aux besoins de la défense nationale afin que celle-ci soit totalement indépendante. Il prévoit la création dès décembre 1966 d'une grande compagnie d'informatique privée mais aidée par l'État, la Compagnie Internationale d'Informatique (CII), pilotée par Thomson et la Compagnie Générale d'Électricité (CGE), ainsi que celle de l'IRIA, grand organisme public de recherche en informatique et en automatique, créé en janvier 1967 (devenu depuis l'INRIA), où sont privilégiées applications militaires et scientifiques. En 1969, l'évolution technologique, initiée depuis 1947 par les Américains, est considérable. Elle porte sur les composants eux-mêmes (conception du transistor) et sur le câblage des composants (invention du circuit imprimé).

L'effet transistor (de l'anglais " transfer resistor ", résistance de transfert) fut découvert en 1948 par John Bardeen, Walter Brattain et William B. Shockley, du laboratoire Bell, récompensés en 1956 par le Prix Nobel de physique : il s'agit d'une propriété d'un type de cristal parfait, intermédiaire entre les métaux et les isolants à l'électricité, appelés pour cette raison " semi-conducteurs ", comme le germanium (Ge) et le silicium (Si). A température ambiante, en particulier s'ils contiennent des impuretés, ils s'avèrent faiblement conducteurs. La fabrication de composants à base de semi-conducteurs ou " transistors " explose rapidement, car les transistors n'ont aucun des défauts des tubes à vide en verre, utilisés jusqu'alors dans l'électronique. Fragiles, les tubes consomment beaucoup d'électricité et demandent un temps de chauffe. A contrario, les transistors n'exigent que des tensions faibles et peuvent donc fonctionner avec des piles. En dépit de leur petite taille ou plutôt en raison de celle-ci, les transistors s'avèrent plus performants que les tubes. C'est d'ailleurs en raison des grandes limites des tubes à vide, utilisés dans les relais de communication, que les laboratoires Bell se sont lancés dans la recherche sur le transistor dès 1936. Leur succès immédiat s'explique non seulement par leurs qualités techniques, mais également par l'absence de transformation des circuits utilisés : les transistors remplacent terme à terme les tubes électroniques.

Bientôt présents jusque dans les appareils de la vie quotidienne, les "transistors" en viennent à désigner les appareils radiophoniques, signe de leur popularité. Cette révolution électronique laisse entière le problème de la "tyrannie des nombres", problème de connectivité que les ingénieurs rencontrent alors qu'ils conçoivent des circuits électroniques de plus en plus complexes. Leurs composants, de matériaux différents, sont connectés à la main. C'est un ingénieur de Texas Instruments, Jack Kilby, qui a l'idée en 1958 d'utiliser le germanium comme composant principal d'un circuit, qui s'avère conducteur à l'expérience : il dépose en 1959 un brevet pour un "circuit solide constitué de germanium". Cette idée, récompensée par le Prix Nobel de physique en 2000, conduit à l'élaboration de la puce électronique, circuit miniature dessiné à l'encre conductrice, sur lequel sont déposés les différents composants du circuit - d'où le nom de circuit "intégré". Robert Noyce, fondateur d'Intel, conçoit à la même époque le procédé de fabrication "planar ", qui utilise la silice comme masque de fabrication.

Le premier stade du processus est l'obtention de monocristaux de grande pureté cristalline. Le cristal est ensuite découpé en plaquettes, sur lesquelles on réalise des circuits grâce la technique de photogravure. On intègre alors les composants sur ces plaques minuscules par brasure, sorte de soudure. L'adoption du circuit intégré a suscité de nombreuses résistances. Autant le remplacement des tubes par des transistors "composant par composant " n'avait guère posé de problème aux fabricants, autant ceux-ci ont montré une grande réticence à utiliser un procédé peu flexible, dont les composants avaient un rendement inférieur aux composants pré-existant. Contre toute attente, l'adoption du circuit imprimé a permis de dépasser les problèmes de connectivité et d'accroître le rendement global.

Dernière étape de la miniaturisation électronique : la fabrication d'un microprocesseur, Intel 4004, en 1971, intègre dans un seul circuit intégré tous les composants nécessaires pour répondre à une programmation universelle. Depuis la miniaturisation des composants se poursuit rapidement. (cf Le transistor de 20 nanomètres)

Bibliographie :

Claude Weisbuch, " Comment les révolutions de l'information et de la communication ont-elles été possibles ? Les semi-conducteurs ", Les Etats de la matière, Université de tous les savoirs, vol. 17, Paris, Ed. Odile Jacob, 2002, pp. 91-119.

Christelle Rabier

Éclairage média

Produit par le Service de la recherche (O.R.T.F) sous la direction de Pierre Schaeffer, " Un Certain regard " est un magazine mensuel traitant de sujets très divers. Le documentaire de Michel Treguer fait partie d'une série sur l'ordinateur. La liberté de ton, combinée avec un souci esthétique de l'image, contraste avec les reportages de l'époque. Le réalisateur apparaît à la fois fasciné par la beauté de la technique mise en oeuvre, comme le montrent les longs plans fixes sur la chaîne de fabrication, et par la grande automatisation des chaînes de fabrication. Il reprend ainsi des thèmes cinématographiques développés dès les années 1930 par plusieurs cinéastes, comme Joris Ivens : beauté des chaînes, rapports entre l'homme et la machine. Avec humour, Michel Treguer conçoit ses plans comme autant de scènes où l'homme fait maladroite impression dans un univers parfaitement ordonné et beau. Il montre un processus de fabrication, complètement automatisé, d'un objet dont la finalité est immatérielle : la fascination conduit à une mise en scène aseptisée d'un monde du travail en forte évolution, où la place de l'homme est mise en question dans une société qui connaît la fin du plein-emploi.

Christelle Rabier

Transcription

(Silence)
Michel Treguer
Le front numéro un de la lutte technologique entre pays développés, la construction des ordinateurs. La France vient de lancer son plan calcul face aux géants américains. En tête, IBM. IBM, univers entièrement centralisé, réglé et bien gardé. Dans cette usine à Corbeil-Essonnes, on fabrique les composants électroniques pour les ordinateurs IBM du monde entier, sauf les Etats-Unis. Le bleu et le mot ouvrier sont bannis et remplacés par la blouse blanche et l'expression opérateur de production. Monsieur Poupon, Directeur technique, anxieux avant l'interview. Seule décoration dans tous les bureaux.
Poupon (Monsieur)
Si je reviens simplement 10 ans en arrière, nous utilisions à cette époque dans nos ordinateurs des tubes électroniques identiques à celui-ci, des résistances également classiques et l'ensemble de ces pièces détachées était regroupé sous forme de circuits élémentaires qui constituaient les cellules de base de l'ordinateur. D'une façon générale, les pièces détachées que nous utilisions à cette époque, étaient assez proches des pièces détachées utilisées dans l'industrie. Aujourd'hui, nous fabriquons des pièces spécialement conçues pour les applications à ordinateur. En particulier, le tube électronique a été remplacé par des transistors. Ce flacon de transistors en contient 50 000, ce qui permet de visualiser l'évolution technologique considérable effectuée en 10 années. En plus, ces transistors, chacun de ces transistors représente des performances environ 100 fois supérieures aux performances d'un tube électronique.
Michel Treguer
Chacune de ces petites puces qu'on aperçoit dans le flacon.
Poupon (Monsieur)
C'est exact, oui. Maintenant en ce qui concerne les résistances, les résistances, elles, ont été remplacées par un dépôt d'encre sur un substrat en céramique et enfin la pièce détachée n'est plus une simple résistance, un tube électronique mais réellement un circuit complet que nous appelons micromodule.
Michel Treguer
Au départ de la chaîne, des plaquettes de céramique vierge sur lesquelles on imprime un circuit conducteur puis des résistances. Ensuite pause des broches qui sortent les contacts, étamage. Ajustage des résistances à leur valeur exacte, pause des minuscules transistors, pause du capot, enrobage de cire. Et la féerie mécanique commence, première machine, départ des plaquettes de céramique vierges. Objet, y imprimer un circuit conducteur. Voici la pâte, l'encre qu'on sèchera au four. La machine fait tout, l'homme n'est là que pour l'aider, attendant ses caprices.
(Silence)
Michel Treguer
Deuxième machine, même principe. Objet, y imprimer des résistances. Entrée, impression, sortie. En route pour la cuisson et la machine suivante, pause des broches. Dans une véritable mer, sélection de broches parfaites. Tiens, un homme. Les petites plaquettes ont reçu leurs broches et repartent comme une armée de petits rats. Un repos bien mérité le temps d'un bain dans de l'étain fondu et quelques autres liquides. C'est-à-dire que, chacune de ces petites pièces que vous tenez dans la main, représente un ensemble de résistances et de tubes qu'on câblait et qu'on soudait avec des fils à la main autrefois, autrefois c'est-à-dire il y a 10 ans.
Poupon (Monsieur)
C'est exact, cette pièce représente en fait un morceau d'ordinateur.
Michel Treguer
Déjà. Pause des transistors. Regardez bien l'apparition des 4 petites puces, regardez bien avant, après. Arrêt et retour en arrière pour la fabrication de ces transistors. Tout commence par la lente et difficile fabrication d'un barreau de silicium, monocristal patiemment formé à partir du corps en fusion. Le barreau collé sur une plaquette de cire sera découpé en fines lamelles. Chacune d'elles recevra toute une série de dépôts d'autres corps selon un dessin précis fourni par des masques optiques. Alors il ne restera plus qu'à la découper pour obtenir les transistors. Sur chacun d'eux, trois minuscules petites billes sortiront les trois contacts nécessaires. 50 000 transistors, chacun d'eux vaut une lampe de nos anciens postes de radio. Voici peut-être le plus fabuleux. Le test individuel de chacun de ces transistors et leur classement en fonction de leur performance. Les voici avec leurs 3 billes de contact sous le microscope, prêts d'une tête d'épingle. Les vibrations du bol qui les contient ont pour effet de les présenter correctement positionnés à une pipette qui les enlève un à un. Ils sont alors successivement présentés à plusieurs positions de test où trois lames entrent respectivement en contact avec leurs trois billes, fermant ainsi des circuits électriques de test. A la sortie, ils sont séparés automatiquement selon leur valeur. Pour commander une telle merveille, très peu d'hommes mais bien entendu un ordinateur.
Poupon (Monsieur)
C'est ainsi que nous sommes passés du circuit mécanique utilisé dans les calculateurs, dans les premiers calculateurs, aux circuits électroniques à tubes de la première génération d'ordinateurs, aux circuits électroniques à transistors classiques de la deuxième génération d'ordinateurs, enfin aux circuits micromodules de la troisième génération d'ordinateurs. Dans le circuit à tubes, vous avez vu qu'il fallait associer un certain nombre de composants électroniques pour réaliser un circuit. Dans le cas du micromodule, la pièce détachée correspond à un ou plusieurs circuits.
Michel Treguer
Retour à nos modules et pause des transistors. Cette machine extraordinaire va les positionner exactement un à un, bille contre circuit où ils seront ensuite soudés. Sous le fort grossissement de nos objectifs, c'est beau et incroyable. N'oubliez pas, moins d'un centimètre pour le module, moins d'un millimètre pour le transistor. Enfin, pause des capots, enrobage de cire et l'on saute un cran dans les dimensions.

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