René Sommer

Concevoir des schémas logiques, les tester, les optimiser, entreprendre le montage définitif. Expérimenter. Les générations de matériel se suivent et évoluent. Jean-Daniel Nicoud et René Sommer font équipe pour comprendre et monter les « Bidules », ancêtres des fameux « Logidules » qui ont contribué à former efficacement des générations d’ingénieurs-EPFL. Dans la construction du NIMMER, René Sommer s’inspirera de la philosophie des « Bidules », séparer le problème purement électronique du problème purement logique.

A vous de tester!

Dans les numéros 1 et 2 du journal ELEgev (1970), Jean-Daniel Nicoud, explique aux lecteurs comment confectionner leurs propres « Bidules » pour se faire la main sur les techniques des circuits imprimés et des soudures, et s’initier progressivement à l’électronique.

Huit touches supplémentaires commandent la machine. « Une touche par ligne éteint les lampes une à une. Lorsqu’on a joué, on appuie sur l’interrupteur « Machine ». La modification instantanée correspond à la réponse de l’adversaire électronique. En fin de partie, les touches « Nim » et « Marienbad » remettent la machine au départ en allumant les 28 lampes du jeu complet ou respectivement, les 16 lampes de la position Marienbad » [3]. La touche « Programmation » « permet de sélectionner une quelconque position de départ » [2]. Attentif, le NIMMER indique l’état du jeu au joueur grâce aux quatre voyants de gauche: « Vous avez gagné », « Vous avez perdu », « Vous avez triché », « A vous de jouer ». Et rapide! Une fois que le joueur a joué, « la machine répond en quelques millièmes de seconde: elle connaît toutes les possibilité » (Journal de Lausanne, 05/1969).

Côté coulisses. Blocs logiques et police du Nim

La machine peut se décomposer en un certain nombre de blocs logiques distincts: le circuit de commande, la mémoire principale, le circuit de calcul, le circuit d’entrée-sortie (communication machine-joueur, joueur-machine), et le détecteur de tricherie. « Vous avez triché ». Allumage immédiat du voyant garant du fair-play humain, et blocage sans semonce du NIMMER. La partie s’arrête lorsque le joueur joue dans deux lignes simultanément, ou fait jouer la machine deux fois de suite en s’abstenant de jouer lui-même.

Réalisation. Électronique, et soudure

Plongeons dans l’électronique de la fin des années 1960. Les transistors utilisés dans le NIMMER étaient au germanium, depuis le silicium a remporté la bataille! « La logique utilisée est de type RTL (Resistor Transistor Logic). Le circuit de base était la porte NOR et le JK-FF asynchrone. La construction a nécessité plus de 1’100 composants électroniques dont 230 transistors NPN. Chaque flip-flop ou ensemble de trois portes NOR est câblé sur une plaquette de 2×3 cm. Seize de ces plaquettes sont ensuite soudées perpendiculairement sur un circuit imprimé enfichable de 9×18 cm» [3].

Selon René Sommer, dans une construction telle que le NIMMER, ce n’est pas tellement l’électronique pure qui est poussée très loin, mais plutôt la réalisation logique, avant de relever les apports positifs d’un tel projet: « ça m’a appris à travailler avec des circuits logiques, à comprendre l’électronique tout de même, et puis… à faire des soudures! », complète-t-il le regard amusé (dès 5:10).

Des lauriers pour le NIMMER

La dernière étape de cette belle aventure est la présentation du NIMMER par René Sommer à l’édition de 1969 du concours « La science appelle les jeunes », qui prime des travaux réalisés par des jeunes âgés de 16 à 21 ans. « Et ce qu’il y a d’extraordinaire est que l’un des meilleurs travaux est aussi celui fait par l’un des plus jeunes, 17 ans! » s’émerveille en ce dimanche de mars 1969 Monsieur Goy, organisateur du concours, peu avant la proclamation des résultats qui proclameront René Sommer et le NIMMER deuxièmes ex aequo!

A la clé de cette magnifique deuxième place, 1000 francs et un voyage de deux semaines à la découverte des États-Unis au printemps 1969, avec une sélection pour présenter le NIMMER et représenter la Suisse au concours « International Science Fair » qui s’est tenu cette année-là à Forth Worth, Texas.

« Il a impressionné les experts par la complexité de son montage. Il a aussi découvert que les Américains gravitaient dans un autre univers. Ils n’avaient pas du tout développé une compétence au niveau des écoles, ni d’attrait des jeunes pour ce genre d’activités et le développement de l’électronique. En revanche, nous avions un retard considérable dans le domaine de l’informatique. Dans les écoles américaines, il y avait des terminaux connectés à de gros ordinateurs pour enseigner la programmation, mais ils ne s’intéressaient pas à l’électronique. » Pendant ce temps, de l’autre côté de l’Atlantique, « je bricolais avec des jeunes qui acquéraient un peu d’expérience en électronique. Il y a eu une traînée de poudre, si je peux dire, avec ces jeunes parce que les activités que j’ai proposées au collège de l’Élysée se sont développées en clubs d’électronique à travers tout le canton de Vaud, et la Romandie. Cela avec l’appui de l’industrie qui a vraiment eu l’intelligence de se dire qu’il y avait un besoin de futurs ingénieurs connaissant cette nouvelle technologie, qu’il fallait donner de l’argent à ces clubs pour des concours, pour qu’ils puissent acheter des composants. Il y avait des petits magasins dans les clubs d’électroniques romands. Là il y a eu quelque chose qui, j’espère, a vraiment aidé l’industrie », éclaire Jean-Daniel Nicoud.

1969-2024, la machine est-elle intelligente?

Une question toujours actuelle. « Elle n’est pas intelligente, elle applique une relation mathématique » explique René Sommer en souriant. « Est-ce qu’elle la connaît mieux que vous cette relation? », s’enquiert le légendaire journaliste Bernard Pichon (1:45). « Oui ». « Les circuits que vous lui avez donnés font qu’elle peut aller plus loin dans le raisonnement que vous-même? ». « Elle va surtout plus rapidement et ne commet pas d’erreurs », conclut le jeune lauréat.

ELEgev 15 – Organe officiel des clubs d’électronique – Septembre 1971

En 1969, rentré de son voyage aux États-Unis et son baccalauréat en poche, René Sommer intègre l’EPFL. Lorsque le futur ingénieur-physicien entame ses études, cela fait un an que Jean-Daniel Nicoud a quitté le collège de l’Élysée pour l’EPFL (encore EPUL) où il rédige une thèse de doctorat sur les « Algorithmes et systèmes logiques spécialisés pour la conversion de codes » (1970). D’abord chargé de cours, il est nommé professeur en 1973, et dirige le Laboratoire des Calculatrices Digitales (LCD). Jean-Daniel Nicoud et René Sommer se retrouvent dans un environnement où les ressources à disposition sont plus abondantes que celles des loisirs d’électronique. « J’avais désormais des moyens pour faire les choses sérieusement, avec des techniciens, construire des jolis Logidules pour apprendre la logique », souligne Jean Daniel Nicoud. René Sommer passe tout son temps libre dans le laboratoire de son mentor, se renseigne sur les projets en cours. Et naturellement, il y effectue ses travaux de 7^e et 8^e semestres, poursuivis par son travail de diplôme, déposé le 20 décembre 1973, et intitulé « NOVASIM: simulateur de DG 1200. »

Le problème. Jean-Daniel Nicoud avait acheté des mini-ordinateurs Data General Nova 1200; un puis quatre au total. Ces mini-ordinateurs – de la génération d’ordinateurs précédant les micro-ordinateurs rendus possibles par l’avènement du microprocesseur – étaient utilisés dans l’industrie pour faire les premières applications, les premiers contrôles industriels. Les étudiants devaient se familiariser avec ce matériel. En raison de leur coût élevé – $5,450 selon une publicité de l’époque, soit environ 23’000 francs suisses (de l’époque également) – il n’était pas possible de disposer de suffisamment de machines pour tous les étudiants. L’astucieux projet NOVASIM de René Sommer a pour objectif de pallier les limites en matériel, et d’offrir aux étudiants les ressources nécessaires à leurs travaux pratiques lors des séances de laboratoire essentielles pour assimiler la matière vue au cours: « Le cas idéal serait de disposer d’un miniordinateur pour deux ou trois élèves, solution qui est évidemment hors de prix. Cependant, on constate que pendant ces séances, la puissance effective de calcul de l’ordinateur n’est pas utilisée, la majeure partie du temps se passant en manipulation de la console. NOVASIM est né de cette constatation, l’idée étant de distribuer cette formidable puissance de calcul entre plusieurs utilisateurs, donc plusieurs consoles » [5].

La solution. « NOVASIM est un système permettant de simuler 8 miniordinateurs DATA GENERAL NOVA 1200 au moyen d’un seul NOVA. Destiné essentiellement à l’enseignement chaque simulateur permet toutes les manipulations qui sont possibles sur une console NOVA 1200, ainsi que certaines supplémentaires facilitant la mise au point de programmes. Le simulateur permet aussi de brancher jusqu’à 16 périphériques de type ICOUP, à condition que ceux-ci ne soient pas trop rapides (Télétype, lecteur incrémental, affichage, etc.)», informait la page de garde du travail de diplôme de René Sommer, qui a eu le soin d’ajouter une note explicative: « ICOUP: Interconnexions COmpatibles Universelles entre Périphériques est un système de transmission série de mots de 16 bits, jusqu’à 3000 mots/seconde, développé au LCD » [5].

Parfaite illusion. Grâce aux NOVASIM, les étudiants ont la sensation d’avoir leur propre NOVA, et en oublie l’absence. A propos des NOVASIM, René Sommer précise: « Ces consoles ont une apparence et un comportement semblables à ceux d’un véritable miniordinateur, mais ne sont en fait que des périphériques d’un ordinateur central qui les gère tous selon un système qui s’apparente au time-sharing. Le comportement est entièrement simulé par software, ce qui apporte des avantages didactiques, inexistants sur l’ordinateur lui-même », par exemple l’économie de mémoire grâce à une allocation minimum en fonction des besoins de l’utilisateur, la détection et signalement de faute grossière de programmation, une bibliothèque commune de programmes et de sous-programmes utilitaires, et inaltérables, la possibilité d’ajouter des commandes de console supplémentaires à buts didactiques pou faciliter la mise au point de programme. Le prix de ses avantages se traduit dans la relative lenteur du système, ce qui n’a en fait que peu d’importance en présence de programmes généralement courts [5].

Logique et programmation. Le NOVASIM a des interrupteurs et des lampes à l’instar du NOVA, mais il n’a ni processeur ni mémoire. « En plus de la logique dans le NOVASIM, qui agissait sur les interrupteurs et les lampes selon la liaison série avec le NOVA, René devait maîtriser une programmation multitâche en assembleur. Le NOVA n’avait qu’une mémoire de 4 kilo mots de 16 bits. Chaque NOVASIM avait accès à 256 mots. Il restait donc 2 kilo mots de programme pour gérer le tout. C’est dire que René a pleinement mérité son diplôme d’ingénieur en 1974! », explique Jean-Daniel Nicoud, qui octroya la note de 10/10 à René Sommer pour son excellent travail de diplôme qui atteste qu’il « domine parfaitement bien tant l’aspect hardware que software » de son sujet, selon une note manuscrite rédigée à la fin du rapport de travail pratique de diplôme [5].

Au total, un prototype et quatre NOVASIM sont réalisés. L’arrivée à grand fracas des microprocesseurs a sonné le glas de ce projet privé de son sens par des puces révolutionnaires qui portaient la promesse de solutions plus riches et moins coûteuses. Le professeur Nicoud comprend que l’évolution de la technologie impose de former ses étudiants à autre chose, et d’orienter désormais ses efforts dans cette nouvelle direction pointée par les microprocesseurs. A l’avant-garde, l’Intel 4004, premier microprocesseur commercialisé, 2300 transistors interconnectés sur douze millimètres carrés de silicium. Cette prouesse de miniaturisation, qui réunit sur une unique puce l’ensemble des composants et fonctions d’une unité centrale de traitement (CPU) complète, est mise sur le marché par la société américaine Intel le 15 novembre 1971 sous le slogan: « A microprogrammable computer on a chip! ». La porte de la micro-informatique s’entrouvre, aube d’une révolution!

L’Intel 4004 a ouvert la voie aux générations suivantes de microprocesseurs Intel et à des applications toujours plus sophistiquées. Au 8008 (1972), succède le 8080 (1974), premier microprocesseur assez puissant pour piloter un clavier intelligent associé à un écran, un SMArt KeYboard (SMAKY). SMAKY, une aventure de deux décennies et demi, initiée sur les bords du Léman par le SMAKY 1, premier micro-ordinateur suisse, fonctionnel à Noël 1974. Le SMAKY 2 (1975, 4-8 Ko de RAM) réalise le rêve de Jean-Daniel Nicoud, féru de miniaturisation, de transporter son ordinateur, écran compris, dans sa mallette. Le SMAKY 3 demeure à l’état de projet. Le système COBUS innove en reliant les SMAKY 4 (1976, 4-8 Ko de RAM) en réseau; une première, et une idée incroyablement moderne!

En 1974, l’ingénieur-physicien diplômé René Sommer rejoint le Laboratoire des Calculatrices Digitales comme assistant. Il y voit les premiers tests du microprocesseur Intel 8080 (1974) autour duquel son construit les SMAKY 1 à 4, mais son travail consiste dans le développement de nombreuses interfaces, et à faire évoluer un mini-ordinateur NOVA comme serveur pour créer les logiciels des premiers micro-ordinateurs SMAKY qui ne sont pas encore assez puissants pour participer à leur propre développement. Le NOVA était assez rapide, il avait un disque dur et il avait surtout les outils pour faire du développement (cross-assembleur, etc).

Le réseau COBUS

« On savait qu’il fallait un ordinateur puissant pour développer les programmes et stocker les fichiers textes et dessins; cela imposait de partager son coût entre plusieurs utilisateurs. Les NOVASIM étaient reliés en étoile avec plusieurs fils. Là encore, il fallait également trouver la solution la plus simple possible. La bonne idée est venue dans l’avion pour New-York le 20 avril 1975. René allait découvrir la Californie et moi je retournais chez DEC (Digital Equipment Corporation) en passant par l’Université de Hartford. L’idée est facile à comprendre si on sait comment un mot binaire peut être transmis (c’est comme du Morse). Si toutes les stations sont connectées sur un seul fil (plus la masse en retour, le fil est dit coaxial), le problème est de gérer les demandes simultanées de connexions, les collisions. Chaque unité a une adresse de 4-bits, 0100 par exemple si on a seulement seize stations. Si une station veut utiliser le bus et qu’il est libre, elle envoie cette adresse sur le bus avec schématiquement la ligne active-active-inactive-active. Si une autre unité envoie son adresse simultanément, les deux adresses vont se superposer. Le codage est ainsi conçu que l’une des deux stations va reconnaître qu’elle n’est pas seule. Elle se désactive et essayera plus tard quand le bus sera libre. L’unité gagnante envoie l’adresse du destinataire, un mot binaire de 4-bits, le destinataire répond (on se serre beaucoup la main dans les dialogues informatiques) et transmet son message, à une fréquence qui peut être plus élevée. La simplicité du concept permettait une réalisation avec une quinzaine de circuits intégrés. Le réseau COBUS d’abord testé avec deux SMAKY 4 en 1976, interconnecte ensuite les SMAKY 4 puis le nombre croissant de SMAKY 6 (1978) à disposition des étudiants. Le travail continu d’améliorations concernait le logiciel et les imprimantes toujours meilleures. En 1983, le réseau COBUS est remplacé par le réseau Z-Net développé par René Beuchat utilisant des circuits intégrés spécialisés, donc moins nombreux. Il reliera les SMAKY 100 (1984) », explique Jean-Daniel Nicoud.