TECHNOLOGIES CLÉS 2010 (novembre 2006)

Technologies de l’information et de la communication

2. Stockage de l’information numérique

Description

Le stockage de l'information numérique consiste à enregistrer sur un support les données dans le but de les utiliser pour un traitement, d'y accéder ultérieurement ou de les conserver de manière pérenne.

On distingue deux types de supports de stockage :

• les mémoires de masse, à destination du stockage pérenne ou de l'archivage, reposent sur deux principaux supports qui sont les supports optiques (cédérom, DVD, etc.) et les supports magnétiques (disques durs, disquettes etc.) ;
• les composants mémoires, qui permettent de stocker les données auxquelles on veut accéder rapidement. On distingue les mémoires volatiles (de type DRam) qui permettent un accès rapide, mais ne conservent pas les données lorsqu'elles ne sont plus sous tension (majoritairement utilisées dans les ordinateurs), et les mémoires non volatiles (de type Flash), plus coûteuses qui sont au cœur des équipements nomades (clés USB, lecteurs MP3, etc.).

Le stockage optique utilise une source de lumière de type laser pour écrire et lire les données. Les CD et DVD diffèrent essentiellement par leur capacité de stockage (de 700 Mo à plus de 6 Go). De façon générale, l'amélioration des capacités des supports optiques passe par l'usage de lasers plus performants (lasers violets, bleu-violet) et la capacité à écrire sur plusieurs couches, plusieurs faces ou plusieurs dimensions du support (holographes). Deux nouvelles technologies optiques apparaissent sur le marché : le DVD-HD et le Blu-Ray, pour un stockage de l'ordre de (25 Go).

L'enregistrement magnétique consiste à utiliser les propriétés magnétiques d'empilements de matériaux pour y inscrire des informations au format numérique (succession de 0 et de 1) comme des variations de l'orientation locale de l'aimantation. Les limites de l'enregistrement magnétique sont de fait liées à celles des propriétés physiques des matériaux du support et à la technologie des têtes d'écriture-lecture (magnéto-résistivité), et notamment la gestion de l'énergie nécessaire à l'écriture (modification de l'orientation du champ) et la possibilié pour une technologie de voir augmenter la densité d’information avec les progrès de la fabrication microélectronique.

Les composants mémoire sont réalisés sur base de transistors classiques. De nombreuses firmes travaillent actuellement sur la notion de « mémoire universelle » : une mémoire non volatile haute densité, à grande capacité, à faible consommation électrique, avec les modes lecture-écriture à accès rapide et une capacité d'endurance illimitée. Une telle mémoire devrait pouvoir répondre à la problématique de l'obsolescence du support de stockage, le coût de production restant un verrou central étant donné le caractère massif du marché concerné.

Les technologies actuellement les plus avancées sont :

• les MRam (Magnetic Random Access Memory) à base d'electronique de spin (électrons) : introduite en premier lieu par IBM, sa faible consommation électrique, sa résistance aux effets de rayonnement et sa grande capacité de stockage lui confèrent un avantage concurrentiel. Cependant, ses coûts de production restent encore assez élevés ;
• les NRam (Nanoscale Random Access Memory, marque déposée) à base de nanotubes de carbone : les caractéristiques principales de la NRAm sont sa faible consommation, sa capacité de stockage et sa résistance aux environnements contraints (hautes et basses températures, environnements magnétiques) ;
• les PFRam (Polymer Ferroelectric RAM) à base de films polymères : sa faculté d'empilement (on parle de mémoire 3D) autorise une parallélisation massive des traitements. Ses coûts de fabriquation restent proches de ceux de la DRam et elle dispose d'une très longue durée de vie ;
• les PCRam (Phase Change RAM) dont le principe est la modification des propriétés de conduction-résistivité à l'occasion d'un changement de phase de matériaux provoqué typiquement par son échauffement ;
• les CBram (Conductive Bridging RAM) qui reposent sur le principe de modification de la résistivité d'une solution par diffusion et oxydo/réduction d'ions.

L'évolution de techniques à l'échelle du nanomètre devrait ouvrir de nouveaux axes de développement pour les mémoires.

Au-delà des matériaux, le stockage de l'information numérique passe aussi par des améliorations en matière d'architectures logiques pour l'accès aux données et des techniques de compression permettant de réduire la taille des données à préserver.

Enjeux, Impact

Avec le développement du multimédia et l’évolution des applications informatiques, le stockage et la préservation des données est un problème crucial. La dématérialisation des activités, notamment en matière d'administration électronique, pose des questions relatives à l'archivage des données. Une génération technologique chassant l'autre, l'enjeu n'est pas seulement de préserver les données, mais aussi de pouvoir y accéder dans la durée.

Au cours de ces dernières années, le fossé entre la vitesse de fonctionnement des processeurs et la vitesse d'accès des mémoires s'est accru. La mémoire constitue aujourd'hui un goulot d'étranglement pour les architectures. Les gains en performance sur la vitesse intrinsèque des composants sont relativement faibles. Les fabricants de mémoires jouent donc sur l'organisation logique des accès.

La MRam est une mémoire non volatile capable de conserver ses informations sans alimentation. De fait, elle pourrait permettre à un ordinateur de se mettre en veille totale, c'est-à-dire que toute activité consommant de l'électricité s'arrêterait (processeur, ventilateur, disque dur ...), et pourrait reprendre en un instant au point précis où il s'était arrêté.

Marché

La quasi-totalité des produits et des activités liés à l'usage de l'information numérique est concernée dont :

• l’archivage des documents administratifs ;
• le stockage des photos et vidéos numériques ;
• l’électronique générale : ordinateurs ;
• l’électronique portable : baladeurs MP3, consoles de jeu, lecteurs vidéo, appareils photographiques.

Le seul marché de la mémoire volatile est estimé à plus de 30 Md$.

Acteurs

Disciplines scientifiques : matériaux, optique, informatique, électronique, photonique optronique.

Compétences technologiques : composants électriques, informatique, semi-conducteurs, optique, analyse, mesure et contrôle, matériaux - métallurgie, procédés techniques.

Pôles de compétitivité : Minalogic (Rhône-Alpes) (www.minalogic.com), Photonique (Provence-Alpes-Côte d'Azur). En marge, le pôle Image, multimédia et vie numérique (Ile-de-France) propose d'adresser les problématiques d'archivage audiovisuel.

Liens avec (technologies) : matériaux pour l'électronique et la mesure ; gestion de la micro-énergie ; processeurs et systèmes ; RFID et cartes sans contact.

Principaux acteurs français

Mémoires de masse
Dans le cadre du programme Eurismus 2 (www.eurimus.com), le projet franco-allemand MobileDrive réunit le CEA-LETI (Grenoble) et la société MPO France (AVERTON), leader en pressage et duplication de CD, cédérom, DVD vidéo, DVD Rom, sur la thématique de mémoires optiques.

Composants mémoire
Centres de compétences : CEA-LETI (Grenoble), Institut d'Électronique Fondamentale (Orsay), Laboratoire de physiques des solides (Orsay) pour la recherche.
Industriels : ST Microelectronic, Altis, Spintec, Atmel
Le projet Crescendo du programme Medea+ (www.medea.org) réunit Imec, Infineon (Allemangne), Philips Research (Pays-Bas), Philips Semiconductors et ST Microelectronic autour du développement d'une mémoire non volatile haute densité.

Exemples d’acteurs dans le monde : Le marché des mémoires de masse est dominé par les grands acteurs du contenu, comme le japonais Sony, l’américain Warner et des sociétés taiwanaises. De nombreux industriels, souvent liés à de grandes sociétés, cherchent à créer des positions dominantes sur le marché des composants mémoire : Millipede (États-Unis), Zetta Core Inc (États-Unis), Cavendish Kinetics (Pays-Bas), Nanochip Inc.( États-Unis), Nantero (États-Unis), Sandrisk (États-Unis – inventeur de la mémoire « flash »).

Commentaires

En pratique, il est peu probable qu’une mémoire universelle voie le jour, mais la recherche de cet objectif ultime permet des améliorations en matière de procédés, en particulier dans le domaine de la science des matériaux et des nanotechnologies.

© Ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie,
Direction Générale des Entreprises, 12/2006