- Un tissage navajo traditionnel transpose en œuvre d’art une image de die Intel Pentium, un cas rare où se rencontrent l’agencement des semi-conducteurs et l’abstraction textile
- En 1994, Marilou Schultz a réalisé Replica of a Chip avec des matériaux et des techniques traditionnels, à la demande d’Intel comme cadeau pour l’AISES
- L’œuvre n’est pas un simple objet décoratif : elle reflète avec précision la structure du die, au point de permettre d’identifier l’unité d’exécution, le cache, l’interface de bus et même la logique multiprocesseur du Pentium
- Les installations d’Intel au Nouveau-Mexique et l’usine Fairchild de Shiprock montrent la relation complexe, à la fois économique, culturelle et sociale, que l’industrie des semi-conducteurs a entretenue avec la communauté navajo
- Le contraste entre le Fairchild 9040 et le Pentium rend immédiatement visible le changement d’échelle des circuits intégrés, passés de 16 transistors à 3,3 millions
Une œuvre qui transpose le die du Pentium en tissage
- L’œuvre de 1994 de Marilou Schultz, Replica of a Chip, est un tissage navajo réalisé à partir d’une image de puce Intel Pentium
- Commandée par Intel comme cadeau pour l’AISES
- L’œuvre figure dans l’exposition Woven Histories: Textiles and Modern Abstraction, consacrée aux points de contact entre l’art abstrait et le textile
- Schultz est tisserande navajo/Diné et professeure de mathématiques ; issue d’une famille de tisserandes sur quatre générations, elle a appris dès l’enfance à préparer la laine, filer et tisser
- Le textile Pentium a été réalisé à partir d’une photo du die
- Chaque côté du die a été divisé en 64 sections pour transférer le motif
- Elle a utilisé une technique de raised outline pour donner du relief aux contours
- Des teintures végétales traditionnelles ont été employées, et les zones crème correspondent à la couleur naturelle de la laine Navajo-Churro
- Le fil est légèrement plus fin qu’un fil de tricot ordinaire, et une journée de travail permet d’ajouter environ 1 à 1,5 pouce de tissage
- Contrairement aux tapis traditionnels, le Pentium présente une faible symétrie, ce qui en fait aussi une forme intéressante à tisser
La face exposée et l’orientation réelle du die
- Le textile Pentium reproduit avec une précision remarquable les plus de 3 millions de transistors et les structures de surface d’un die en silicium de la taille d’un ongle
- Comparé au véritable die Pentium, le textile exposé apparaît comme une image en miroir
- Schultz a expliqué qu’elle l’avait tissé conformément à la photographie
- Dans le tissage navajo, l’endroit et l’envers ne sont pas strictement définis et les deux faces présentent un motif similaire ; la galerie a donc choisi arbitrairement le côté exposé
- Le résultat est qu’une image inversée par rapport au die physique a été présentée
- Dans les comparaisons ultérieures, l’image du textile a été retournée pour correspondre au die physique
La structure du Pentium lisible dans le textile
- Le textile Pentium conserve suffisamment de détails pour permettre d’identifier les blocs fonctionnels de la puce réelle
- Au centre, les integer execution units constituent le cœur du processeur, chargé des opérations entières et de plusieurs autres fonctions
- Le Pentium étant un processeur 32 bits, les unités d’exécution entière apparaissent sous la forme de rectangles verticaux larges de 32 bits
- Les bandes horizontales correspondent à des types de circuits comme les additionneurs, multiplicateurs, shifters et registres
- À droite, la floating point unit traite les nombres à virgule flottante
- Elle sert aux calculs d’applications comme les tableurs et les dessins CAD
- Comme ces nombres sont représentés sur davantage de bits, les bandes y sont plus larges
- La zone supérieure montre le flux de traitement des instructions
- instruction fetch récupère les instructions machine qui composent le logiciel
- instruction decode analyse chaque instruction pour déterminer l’opération à exécuter
- Les instructions complexes du style Intel sont décomposées en étapes plus petites par le circuit de complex instruction support, ces étapes étant stockées dans la microcode ROM
- La branch prediction logic améliore les performances lors des instructions de branchement
- Le cache de code et le cache de données sont des mécanismes essentiels pour éviter que le processeur n’attende la RAM, plus lente
- Le cache est une mémoire petite et rapide qui stocke les octets susceptibles d’être bientôt nécessaires
- Le Pentium dispose de 8 KB de cache de code et de 8 KB de cache de données
- Les processeurs modernes utilisent plusieurs niveaux de cache, avec des centaines de KB pour les plus rapides et des capacités de l’ordre du MB pour les plus lents
- La mémoire cache, organisée en réseau structuré, apparaît dans le textile sous la forme de rectangles roses uniformes
- Le TLB assiste le cache
- La bus interface logic relie le processeur au bus de l’ordinateur et permet l’accès à la mémoire et aux périphériques
- Les bond pads situés sur le bord physique de la puce sont abstraits dans le textile par de petits rectangles noirs
Les indices montrant qu’il s’agit d’un Pentium P54C
- Le textile est assez précis pour représenter une variante spécifique du Pentium, le P54C
- Le premier Pentium, le P5, n’était pas aussi rapide qu’espéré et chauffait beaucoup
- Intel a amélioré le procédé de fabrication avec le P54C
- La taille de gravure a été réduite de 800 nm à 600 nm
- La tension de fonctionnement a été abaissée de 5 V à 3,3 V
- La puce a été modifiée pour couper le signal d’horloge sur certaines parties inactives afin d’économiser l’énergie
- Ce circuit correspond à la zone clock driver située en haut du textile
- Intel a ajouté 200 000 transistors pour intégrer une logique multiprocesseur, facilitant le fonctionnement conjoint de deux processeurs
- Comme cette logique multiprocesseur est visible dans le textile, l’œuvre représente non pas un P5 mais un Pentium P54C
Le lien entre le Nouveau-Mexique et Intel
- Intel s’est implanté au Nouveau-Mexique en ouvrant en 1980 l’usine de fabrication de puces Fab 7 à Rio Rancho, dans la banlieue nord d’Albuquerque
- Fab 7 était alors la plus grande usine d’Intel et produisait 70 % des bénéfices de l’entreprise
- Intel a continué à développer ses installations au Nouveau-Mexique
- Avec l’ajout de Fab 9 et Fab 11
- Fab 11 a ouvert en septembre 1995 et produisait les Pentium et Pentium Pro via un procédé de fabrication en 140 étapes
- Un projet de 4 milliards de dollars est en cours sur Fab 9 et Fab 11x
- Intel a été critiquée pour des problèmes environnementaux au Nouveau-Mexique, tout en mettant en avant un avenir durable incluant la restauration des bassins versants, l’usage de 100 % d’électricité renouvelable et le recyclage des déchets de construction
Fairchild et l’usine de semi-conducteurs de Shiprock
- Schultz réalise actuellement une autre œuvre tissée fondée sur le circuit intégré Fairchild 9040
- Le Fairchild 9040 est bien moins connu que le Pentium, mais il possède une portée historique particulière : il s’agit d’une puce fabriquée par des travailleurs navajos dans une usine située sur des terres navajos
- Fairchild a commencé la production de semi-conducteurs à Shiprock, au Nouveau-Mexique, en 1965
- Shiprock se trouve à environ 200 miles au nord-ouest des futures installations d’Intel au Nouveau-Mexique
- Dans une brochure marquant l’ouverture d’une nouvelle usine en 1969, Fairchild comparait déjà le tissage navajo traditionnel aux motifs des puces, et la puce en question était la 9040
- Les origines de Fairchild sont liées aux traitorous eight issus du Shockley Semiconductor Laboratory
- Gordon Moore et Robert Noyce en faisaient partie, et tous deux ont fondé Intel en 1968
- Noyce a co-inventé le circuit intégré en 1959, et Fairchild est devenue célèbre comme fabricant de semi-conducteurs ayant joué un rôle fondateur dans la Silicon Valley
Le contexte économique du projet de Shiprock
- Le projet de Shiprock faisait partie des tentatives visant à améliorer la situation économique des Navajos dans les années 1960 par le développement industriel
- À l’époque, les Navajos avaient subi un siècle d’oppression, dont le déplacement forcé du Long Walk, et connaissaient 65 % de chômage, un revenu par habitant de 300 dollars ainsi qu’un manque de routes, d’électricité, d’eau courante et de soins médicaux
- Le Bureau of Indian Affairs cherchait à encourager l’autonomie économique en soutenant des projets industriels sur les terres autochtones
- Le président tribal navajo Raymond Nakai estimait qu’il n’y avait pas assez de pâturages dans la réserve pour faire vivre la population et qu’il fallait donc y faire venir l’industrie
- Fairchild ouvrait alors des usines dans des zones à bas coûts comme le Maine, l’Australie ou Hong Kong afin d’éviter les coûts salariaux élevés de la Silicon Valley
Croissance, reconnaissance et critiques
- Fairchild a commencé à fabriquer des transistors en 1965 au Shiprock Community Center avec 50 travailleurs navajos, puis a rapidement porté cet effectif à 366 personnes
- En 1967, Robert Noyce considérait l’usine de Shiprock comme une réussite et expliquait que Fairchild était motivée à la fois par le faible coût du travail et par les bénéfices sociaux
- En 1969, le président de Fairchild, Lester Hogan, a été profondément impressionné par l’usine de Shiprock, a décidé de l’agrandir et a aussi soutenu la construction de plusieurs centaines de logements pour les travailleurs
- La brochure commémorative de 1969 soulignait la ressemblance visuelle entre le tissage navajo traditionnel et le design moderne des circuits intégrés
- Fairchild dira plus tard que le tissage de tapis apportait une capacité de reconnaissance de motifs complexes facilitant la mémorisation des schémas de circuits intégrés
- Dans Indigenous Circuits: Navajo Women and the Racialization of Early Electronic Manufacture, Lisa Nakamura critique ce langage, qu’elle considère comme une façon de genrer le travail d’assemblage électronique et de l’associer à des traits racialisés spécifiques
- L’usine de Shiprock a employé 1 200 personnes, dont toutes sauf 24 étaient navajos
- Elle est devenue le plus grand employeur non gouvernemental d’American Indians aux États-Unis
- 30 des 33 superviseurs de production étaient navajos
- Le Bureau of Indian Affairs, le U.S. Public Health Service, l’Economic Development Administration, le Department of Labor et le Department of Housing and Urban Development y ont été impliqués
Adaptation culturelle et baisse du turnover
- Lors d’une réunion du National Council on Indian Opportunity en 1971, l’usine de Shiprock a été présentée comme un exemple majeur de réussite
- Le président de Fairchild, Hogan, a déclaré que le programme de Shiprock était l’un des plus gratifiants de l’histoire de l’entreprise, à la fois sur le plan commercial et au regard de la responsabilité sociale
- Peter MacDonald, président du Navajo Tribal Council, a indiqué que Fairchild apportait non seulement de l’emploi mais aussi une aide au logement via une organisation à but non lucratif
- En 1972, National Geographic a présenté l’usine de Shiprock comme un « tissage pour l’ère spatiale » et a écrit qu’avec 4,5 millions de dollars de salaires annuels, la ville de Shiprock était devenue dynamique
- Le nouveau manager Paul Driscoll a jugé que des règles rigides de type « white man's rules » étaient contre-productives
- Les travailleurs sans téléphone ne pouvaient pas appeler pour signaler une absence
- Beaucoup ne parlaient que navajo et non anglais, ce qui imposait de trouver des équivalents pour les termes techniques ; ainsi, “aluminum” devenait “shiny metal”
- Fairchild a aussi dû s’adapter aux cérémonies religieuses traditionnelles de neuf jours
- Le taux de turnover mensuel est tombé de 12 % à moins de 1 %, devenant meilleur que dans les autres usines de Fairchild
Fermeture en 1975
- En 1975, l’industrie des semi-conducteurs a subi les effets de la récession américaine, et Fairchild, en perte sur les circuits intégrés, a supprimé plus de 8 000 emplois entre 1973 et 1975
- À l’usine de Shiprock, 140 employés navajos ont été licenciés en février 1975, provoquant la colère de la communauté locale
- Vingt Autochtones armés de fusils de forte puissance ont occupé l’usine et exigé la réembauche des licenciés
- Fairchild a décrit les occupants comme un groupe extérieur ne représentant ni les employés, ni les autorités tribales, ni la communauté locale
- Peter MacDonald a déclaré partager de nombreux points de vue avec l’AIM, mais a estimé que les occupants ne comprenaient ni la conscience historique navajo ni la nécessité de faire croître la nation indienne
- L’occupation s’est terminée pacifiquement une semaine plus tard et les occupants ont bénéficié d’une amnistie inconditionnelle
- Craignant de nouveaux troubles, Fairchild a fermé définitivement l’usine de Shiprock et déplacé la production vers l’Asie du Sud-Est
Travail des femmes et fabrication électronique
- Jusqu’à sa fermeture, l’usine de Shiprock a été globalement considérée comme une réussite, mais les évaluations rétrospectives divergent
- Peter MacDonald voyait les usines Fairchild comme un effort coopératif bénéfique pour tous
- Alice Funston, superviseuse navajo à Shiprock, a déclaré que Fairchild avait aidé la progression des femmes et l’ensemble de la communauté autochtone de Shiprock
- Charles Sporck, directeur général de Fairchild, estimait au contraire que Shiprock avait eu un impact négatif sur la structure sociale de la nation navajo
- Fairchild avait depuis longtemps conscience du manque d’emplois masculins à Shiprock
- En 1971, Hogan expliquait que l’assemblage de semi-conducteurs, fait de manipulations précises sur de petites pièces, convenait aux travailleuses, ce qui faisait que les salariées navajos de Fairchild étaient presque trois fois plus nombreuses que les hommes
- Le rôle des femmes dans la fabrication électronique est souvent peu reconnu
- Un rapport de 1963 sur la fabrication électronique estimait que les travailleuses représentaient 41 % de l’emploi total du secteur
- Les femmes occupaient plus de 70 % des postes sur les lignes de production de semi-conducteurs, 90 à 99 % des fonctions d’inspection et de test, et 90 à 100 % des tâches d’assemblage
- Leur part était plus faible dans les fonctions non productives, et celle des ingénieures était si basse qu’elle était difficile à mesurer
Les usines navajos de General Dynamics
- L’entreprise de défense General Dynamics a elle aussi exploité des usines navajos, et plus durablement que Fairchild
- En 1967, elle a ouvert à Fort Defiance, en Arizona, une usine de la Navajo Nation pour fabriquer des composants de missiles destinés à la Navy
- Partie de 30 employés, elle est montée à 224 fin 1969 avant de retomber à 99 en 1971, en raison du ralentissement de l’industrie électronique
- En 1988, une autre usine navajo a ouvert près de Farmington, au Nouveau-Mexique
- Après la fin de la guerre froide, Hughes Aircraft a racheté l’activité missiles de General Dynamics en 1992, avant de la revendre à Raytheon en 1997
- Le site de Fort Defiance a fermé en 2002, mais l’usine de Farmington existe toujours aujourd’hui sous le nom de Raytheon Diné et fabrique des composants pour les missiles Tomahawk, Javelin et AMRAAM
À l’intérieur de la puce Fairchild 9040
- La photo du die du Fairchild 9040 présente un dessin et des couleurs si marqués qu’ils évoquent naturellement un tissage traditionnel
- Sur un petit carré de silicium d’aspect violet, plusieurs zones sont dopées par des impuretés pour créer les composants électroniques
- Les zones dopées apparaissent sous forme de lignes vertes ou bleues
- Les lignes blanches correspondent à la couche métallique déposée sur le silicium pour relier les composants
- Les 13 rectangles métalliques en bordure sont les bond pads
- Le 9040 était encapsulé dans un inhabituel flat-pack à 13 broches, chacune des 13 bond pads étant reliée à une broche externe par un fil fin
- Le Fairchild 9040 a été introduit au milieu des années 1960 dans la gamme Fairchild Micrologic
- Le 9040 est un circuit flip-flop qui stocke un seul bit, 0 ou 1
- En combinant plusieurs flip-flops, on peut fabriquer des compteurs qui servent par exemple à compter des impulsions
Les motifs du circuit du 9040 et leurs limites
- Le motif le plus frappant du 9040 est formé par les lignes bleues sinueuses
- Chacune d’elles constitue une résistance limitant le passage du courant
- Pour obtenir la valeur voulue, la ligne doit être longue ; elle est donc repliée d’avant en arrière pour tenir dans un espace réduit
- Le fait que la majeure partie du die soit occupée par des résistances illustre l’un des défauts de cette approche de circuit
- Les circuits intégrés modernes utilisent le CMOS, qui permet une intégration plus compacte, notamment parce qu’il n’a pas besoin de résistances aussi encombrantes
- Les transistors du 9040 sont constitués de trois couches de silicium et de connexions métalliques reliées à chacune
- Les zones vertes périphériques servent à isoler les transistors pour éviter les interférences avec les autres circuits
- Le die contient aussi de nombreuses diodes, semblables aux transistors mais avec seulement deux connexions
- Ces transistors sont de type bipolaire
- Les ordinateurs modernes utilisent des transistors MOS, plus petits et plus efficaces
- Le fait que Fairchild soit restée trop longtemps sur les transistors bipolaires au lieu de passer au MOS est souvent considéré comme l’un de ses grands échecs
L’écart d’échelle entre le 9040 et le Pentium
- Le 9040 et le Pentium sont des puces d’ordres de grandeur totalement différents
- Le 9040 contient 16 transistors
- Le Pentium contient 3,3 millions de transistors
- Sur la photo du 9040, on peut voir les transistors individuels, alors que sur le Pentium seuls les grands blocs fonctionnels sont visibles
- Entre le 9040 du milieu des années 1960 et le Pentium de 1993, la capacité des circuits intégrés a augmenté de manière exponentielle
- Ce rythme de croissance, où le nombre de transistors double environ tous les deux ans, est connu sous le nom de loi de Moore, observée pour la première fois par Gordon Moore en 1965
- Le schéma du 9040 montre 16 transistors, 16 diodes et 22 résistances
- La symétrie gauche-droite visible sur la photo du die apparaît aussi dans le circuit
- Le flip-flop stocke un 1 ou un 0 en activant le circuit de gauche ou de droite
- Quand un côté s’active, le croisement central en forme de X coupe l’autre côté
- Cette symétrie n’est pas décorative : elle est essentielle au fonctionnement du circuit
Des 9040 encore présents sur la Lune
- Peu connue, cette puce est pourtant présente en plusieurs exemplaires sur la Lune
- La 9040 a été utilisée dans l’Apollo Lunar Surface Experiments Package, notamment dans l’Active Seismic Experiment d’Apollo 14 et 16
- Cette expérience consistait à faire exploser de petites charges sur la Lune puis à mesurer les ondes sismiques produites
- Sur les plans, on voit 3 des 19 flip-flops 9040 marqués “FF”, ainsi que 2 portes logiques 9041 de la même famille
- Il n’a pas été possible de prouver que le programme Apollo utilisait des puces produites à l’usine de Shiprock, mais le président de Fairchild, Hogan, a affirmé que les travailleurs de Shiprock assemblaient des systèmes de guidage, de communication et gyroscopiques utilisés dans les fusées Apollo
Le sens de cette œuvre et son inscription dans les expositions
- La ressemblance entre tissage navajo et motifs de circuits intégrés est évoquée depuis les années 1960
- Les tissages de circuits intégrés de Marilou Schultz constituent un cas où cette métaphore visuelle devient une œuvre d’art à part entière
- L’exposition Woven Histories de la National Gallery of Art n’est plus en cours, mais elle doit être présentée à la National Gallery of Canada (Ottawa) à partir du 8 novembre 2024, puis au Museum of Modern Art (New York) à partir du 20 avril 2025
- Une autre œuvre de Schultz, “Untitled (Unknown Chip), 2008”, a été identifiée comme représentant un processeur AMD K6 III
- L’exposition comprenait aussi “Copper Tapestry (Riva 128 Graphics Card, Nvidia, 1997)” d’Analia Saban, une œuvre représentant une carte graphique PC STB Velocity 128 utilisant le GPU Nvidia Riva 128
1 commentaires
Avis Hacker News
C’est vraiment du multithreading au sens littéral
— Ada Lovelace, 1843
En tant que personne qui conçoit parfois des puces, je fabrique en ce moment un vitrail pour l’entrée de ma maison, sur le thème d’un demi-additionneur
C’est bien plus petit qu’un Pentium, mais le grand défi est de montrer toutes les couches comme le silicium, l’implantation ionique, le polysilicium, le métal et les vias, et je ne prévois d’inclure qu’une seule couche métallique
Le résultat ressemblera probablement moins à un vitrail traditionnel qu’à une pièce faite de fines couches superposées
C’est une boucle intéressante. Le métier Jacquard a influencé la façon dont les premiers ordinateurs recevaient leurs entrées, et maintenant les ordinateurs influencent la production des métiers à tisser
Vers le tournant du siècle, l’un des clients du père de von Neumann, Maxwell von Neumann, était un fabricant de métiers Jacquard, et Max racontait chaque soir à table à ses enfants ce qu’il faisait au travail
C’est l’auteur. Si vous avez des questions pointues sur le Pentium, je peux y répondre
L’histoire de la production Fairchild à Shiprock est fascinante et déchirante. C’est agréable de voir un travail de recherche et de synthèse aussi soigné
D’après ce que je vois en vivant près de là, la pauvreté reste profondément ancrée dans les communautés navajos
Pour aggraver les choses, l’industrie pétrolière locale est partie au Texas, et au cours de l’année écoulée, la Four Corners Power Plant (PNM) et la Navajo Mine (BHP) ont aussi fermé
Ces deux sites étaient des employeurs très importants pour les Navajos depuis les années 1970, et beaucoup d’entreprises des villes voisines comme Farmington et Gallup ont également fermé
Ceux qui peuvent partir s’installent dans des endroits comme Phoenix ou Denver pour ne pas rester piégés dans cette situation
Quel article précieux. Je connaissais les code talkers navajos, mais je n’avais jamais entendu parler du lien avec Shiprock
J’admire aussi la façon dont l’auteur a intégré naturellement des connaissances en informatique bas niveau. C’est un article que je peux envoyer à des amis sans bagage technique
Depuis longtemps, je considère la hard tech comme une incarnation de notre culture. Des domaines comme les semi-conducteurs, la fabrication de pointe ou l’aérospatial ne se lancent pas comme ça ; il faut des améliorations sur plusieurs générations pour produire quelque chose de valeur
De la même manière que la baisse de qualité de la céramique dans l’Empire romain montre comment l’économie peut contraindre la technologie, ces secteurs sont d’excellents indicateurs du progrès comme du déclin
Peut-être que l’informatique est l’un des grands seuils révélateurs des capacités de l’économie dans son ensemble, voire de l’espèce au sens large. Un peu comme le moteur à distorsion dans Star Trek
Article vraiment fascinant. Je ne connaissais absolument pas l’histoire navajo de Fairchild Semiconductor
Quand ce tapis sera exhumé vers l’an 4000, je me demande combien de débats et de thèses de doctorat il suscitera chez les archéologues
Il est assez rare de pouvoir relier les moutons aux semi-conducteurs
Je me demande si quelqu’un étudie déjà une opportunité d’IA ovine
Contrairement à l’idée reçue, les moutons ne sont pas stupides ; ils ont simplement une manière très différente de voir le monde