Des transistors aux écrans tactiles, le smartphone a nécessité des siècles d'avancées en physique, chimie, fabrication et commerce mondial pour converger au moment exact.
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Le smartphone dans votre poche est facile à prendre pour acquis. Il tient dans une main, coûte moins qu'un mois de loyer dans la plupart des endroits, et effectue des tâches qui auraient nécessité une salle pleine d'équipements — et une salle pleine de spécialistes — il y a seulement 60 ans. Mais l'appareil n'a pas émergé d'une seule invention ou d'une seule entreprise. Il a nécessité l'accumulation lente de percées dans la physique, la chimie, la science des matériaux, les télécommunications, le génie logiciel et la logistique de fabrication, dont beaucoup ont été développées sans aucune pensée d'un ordinateur de poche comme destination.
L'histoire du smartphone est vraiment une histoire d'infrastructure — physique, intellectuelle et économique. Le transistor devait être inventé. Ensuite, il devait être rendu plus petit. Ensuite, des milliards d'entre eux devaient être fabriqués suffisamment bon marché pour être intégrés dans un appareil grand public. La même logique s'applique à la batterie, à l'écran, à l'antenne cellulaire, au système d'exploitation et au récepteur GPS. Chacun de ces composants a sa propre longue préhistoire, sa propre chaîne de préconditions.
Il existe également une couche moins célébrée de prérequis : les cadres juridiques et réglementaires qui allouaient le spectre radio, les accords commerciaux internationaux qui ont rendu économique la fabrication dans un pays et la vente dans un autre, les câbles à fibres optiques posés sous les océans qui transportent les données dont dépend un smartphone, les projets de cartographie qui ont numérisé le monde physique pour qu'une application de navigation puisse exister.
Rien de tout cela ne s'est passé en ligne droite. Le transistor a été inventé en 1947 et le premier smartphone commercial est arrivé au milieu des années 1990. Entre-temps, il y a eu des décennies de progrès parallèles qui n'avaient rien à voir les uns avec les autres jusqu'à ce que, tout à coup, tout soit lié. Une chimie de batterie lithium-ion développée pour les ordinateurs portables a fini par alimenter les téléphones mobiles. La technologie de détection tactile développée pour les applications industrielles est devenue le paradigme d'interface pour une génération d'appareils. La navigation par satellite militaire ouverte à l'usage civil a trouvé son application révolutionnaire dans une application de cartographie qui n'existait pas encore lorsque les satellites ont été lancés.
Le smartphone est le produit non pas d'un moment d'eureka, mais d'environ 25 d'entre eux. Voici, sans ordre particulier d'importance, les éléments qui devaient être vrais avant qu'il puisse exister.
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Avant le smartphone — avant tout appareil informatique moderne — il y avait le transistor. Inventé aux laboratoires Bell en décembre 1947 par John Bardeen, Walter Brattain et William Shockley, le transistor est un dispositif semi-conducteur qui peut amplifier ou commuter des signaux électroniques. Il a remplacé le tube à vide, qui était grand, fragile, chaud et gourmand en énergie, par quelque chose de petit, durable et suffisamment efficace pour finalement intégrer des milliards de copies sur une puce de la taille d'un ongle.
Le transistor fonctionne en exploitant les propriétés électriques des matériaux semi-conducteurs, généralement du silicium ou du germanium, qui peuvent conduire l'électricité dans certaines conditions et la bloquer dans d'autres. En appliquant une petite tension à une borne de contrôle, un transistor peut allumer ou éteindre un courant électrique plus important — fonctionnant comme un interrupteur — ou utiliser un petit signal pour contrôler un signal proportionnellement plus grand, fonctionnant comme un amplificateur.
Les implications de cette fonction de base sont vastes. Un transistor agissant comme un interrupteur est l'unité fondamentale de la logique numérique. Disposez suffisamment de transistors dans les bons arrangements, et vous pouvez effectuer n'importe quel calcul. L'arithmétique binaire qui sous-tend tous les logiciels modernes — les 0 et 1 — correspond directement aux transistors étant éteints ou allumés.
En 1947, les premiers transistors avaient à peu près la taille d'une paume humaine. C'était déjà beaucoup plus petit que les tubes à vide qu'ils remplaçaient. Mais ce qui a rendu le transistor véritablement révolutionnaire, c'est ce qui est venu ensuite : la découverte que les transistors pouvaient être miniaturisés, combinés avec d'autres composants et fabriqués en quantités énormes sur une seule tranche de matériau semi-conducteur.
Le transistor a valu à Bardeen, Brattain et Shockley le prix Nobel de physique en 1956. À ce stade, la technologie se propageait déjà au-delà des laboratoires Bell dans l'industrie électronique commerciale. Texas Instruments $TXN a produit le premier poste de radio à transistors en 1954. L'ère de l'électronique portable alimentée par batterie avait commencé. Chaque smartphone contient des milliards de transistors. Toute l'édifice de l'informatique moderne repose sur la preuve de concept démontrée dans un laboratoire Bell Labs un après-midi de décembre.
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Le transistor a résolu le problème du tube à vide, mais il en a créé un nouveau. Un ordinateur construit à partir de transistors discrets nécessitait toujours que chaque composant — transistors, résistances, condensateurs, les fils les reliant — soit fabriqué individuellement et soudé ensemble. Les appareils résultants étaient plus petits que les ordinateurs à tubes à vide mais toujours beaucoup trop encombrants et coûteux pour toute application grand public.
Le circuit intégré a résolu cela. Développé indépendamment par Jack Kilby de Texas Instruments $TXN et Robert Noyce de Fairchild Semiconductor en 1958 et 1959, le circuit intégré plaçait plusieurs composants électroniques sur une seule pièce de matériau semi-conducteur, avec les connexions entre eux gravées plutôt que câblées.
La différence d'échelle est difficile à surestimer. Un circuit à transistors discrets pourrait nécessiter des dizaines de connexions soudées, chacune étant un point de défaillance potentiel. Un circuit intégré pourrait reproduire ce circuit dans un espace plus petit qu'un timbre-poste, sans soudure et avec beaucoup moins de points de défaillance. À mesure que les techniques de fabrication s'amélioraient, de plus en plus de composants pouvaient être intégrés sur une seule puce.
La version du circuit intégré de Noyce, construite sur du silicium en utilisant un procédé appelé procédé planaire, s'est révélée plus manufacturable que le design en germanium de Kilby et est devenue la base de l'industrie moderne des semi-conducteurs. Noyce a ensuite cofondé Intel $INTC. Kilby a remporté le prix Nobel de physique en 2000 pour son rôle dans l'invention.
Le circuit intégré a permis de concevoir la puissance informatique non pas comme quelque chose mesurée en salles ou en racks, mais comme quelque chose qui pouvait être mis à l'échelle, dupliqué et vendu. C'est la raison pour laquelle le processeur central d'un smartphone contient plus de puissance de calcul que les ordinateurs qui ont guidé les missions Apollo, emballée dans un éclat de silicium de quelques millimètres de chaque côté.
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En 1965, Gordon Moore — alors chez Fairchild Semiconductor, plus tard cofondateur d'Intel $INTC — a publié un article observant que le nombre de transistors sur un circuit intégré doublait à peu près chaque année. Il a ensuite révisé cela à tous les deux ans. L'observation est devenue connue sous le nom de loi de Moore, et elle s'est avérée décrire la trajectoire réelle de l'industrie des semi-conducteurs pendant environ un demi-siècle.
La loi de Moore n'est pas une loi de la physique. C'est une observation empirique qui est devenue une cible. Les fabricants de puces ont lourdement investi dans les processus de lithographie et de fabrication nécessaires pour continuer à réduire la taille des transistors, en partie parce que l'industrie s'attendait à ce doublement et construisait des feuilles de route autour de cela. Le résultat a été une amélioration soutenue et cumulative de la puissance de calcul par unité de coût et d'énergie sans précédent dans l'histoire de la technologie.
Pour l'informatique mobile, cette amélioration soutenue était essentielle. Les premiers ordinateurs personnels nécessitaient une alimentation murale et des boîtiers de la taille d'un bureau. À mesure que les transistors rétrécissaient, la consommation d'énergie par opération diminuait et la performance par dollar augmentait. Au début des années 2000, des puces suffisamment puissantes pour faire fonctionner un système d'exploitation mobile utile pouvaient tenir dans un appareil assez petit pour tenir dans une main et fonctionner avec une batterie suffisamment petite pour être transportée.
Le smartphone en tant que produit de masse n'est devenu possible que parce que les fabricants de puces avaient doublé la densité des transistors pendant quatre décennies au moment où Apple $AAPL a sorti le premier iPhone en 2007. Un appareil avec ce profil de performance aurait été physiquement impossible à construire en 1987 et prohibitif en termes de coût à construire en 1997. Le timing n'était pas accidentel — il reflétait le travail accumulé de milliers d'ingénieurs sur des décennies, chaque génération de puces permettant la prochaine génération d'applications.
La loi de Moore a ralenti ces dernières années alors que les transistors approchent de l'échelle atomique. L'industrie a répondu avec de nouvelles architectures de puces, des empilements tridimensionnels et des processeurs spécialisés. Mais le demi-siècle pendant lequel elle a tenu a fourni la fondation sur laquelle le smartphone a été construit.
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Un smartphone sans batterie est un presse-papier. La batterie est l'un des composants les plus banals de l'appareil et l'un des plus exigeants techniquement. Elle doit stocker suffisamment d'énergie pour alimenter un processeur, un écran, une radio cellulaire et plusieurs capteurs pendant de nombreuses heures, dans un boîtier suffisamment léger et plat pour s'insérer dans une enceinte mince, et elle doit le faire à travers des centaines de cycles de charge sans se dégrader au point d'être inutile.
Les batteries au lithium-ion, la chimie qui rend les smartphones modernes possibles, ont mis des décennies à se développer. La chimie fondamentale a été identifiée dans les années 1970. M. Stanley Whittingham a démontré le principe électrochimique de base chez Exxon en 1976. John Goodenough de l'Université du Texas a développé la cathode en oxyde de cobalt de lithium en 1980 qui a considérablement amélioré la densité énergétique. Akira Yoshino chez Asahi Kasei a développé la première cellule lithium-ion commercialement viable en 1985. Tous les trois ont partagé le prix Nobel de chimie en 2019.
Sony $SONY a commercialisé la batterie lithium-ion en 1991, initialement pour les caméscopes. La technologie a ensuite migré vers les ordinateurs portables, où sa combinaison de haute densité énergétique, de faible autodecharge et de capacité de recharge en a fait le choix évident par rapport aux chimies antérieures comme le nickel-cadmium et le nickel-métal hydrure.
Ce qui a rendu le lithium-ion adapté aux smartphones spécifiquement était sa densité énergétique — plus d'énergie stockée par unité de poids que toute chimie de batterie de consommation précédente — combinée à l'absence de "l'effet mémoire" qui a affligé les batteries nickel-cadmium, qui se dégradaient si elles n'étaient pas entièrement déchargées avant de se recharger. Les cellules lithium-ion pouvaient être rechargées à tout moment sans pénalité.
La chimie a également permis de fabriquer des cellules sous des formats flexibles, permettant les packs fins et rectangulaires qui définissent la conception des smartphones modernes. Sans le lithium-ion, un smartphone avec le profil de performance d'un iPhone de 2007 aurait nécessité une batterie de la taille d'un livre de poche épais. Toute l'industrie de l'électronique portable dépend de l'insight électrochimique développé sur une décennie dans trois laboratoires différents.
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L'écran est le composant le plus consommateur d'attention du smartphone — tant pour l'utilisateur que pour la batterie de l'appareil. Un écran lumineux, net et réactif distingue un smartphone d'un téléphone basique, et en produire un suffisamment fin et efficace pour une utilisation mobile a nécessité des décennies de développement en science des matériaux et en fabrication.
Les écrans à cristaux liquides, ou LCD, fonctionnent en utilisant des champs électriques pour manipuler l'orientation des molécules de cristaux liquides prises en sandwich entre des filtres polarisants et un rétroéclairage. En contrôlant quels cristaux s'alignent et lesquels ne le font pas, un écran peut produire une image. L'effet des cristaux liquides a été découvert en 1888 par le botaniste autrichien Friedrich Reinitzer, mais les écrans LCD pratiques n'ont fait leur apparition qu'à la fin des années 1960 et au début des années 1970, lorsque RCA et Hoffmann-LaRoche ont développé les premières configurations utilisables.
Les premiers écrans LCD étaient lents, à faible contraste et monochromes — parfaits pour une calculatrice ou une montre numérique, inutiles pour un écran d'ordinateur polyvalent. Au cours des décennies suivantes, la technologie s'est améliorée grâce à une série d'avancées : écrans à nématique tordu dans les années 1970, adressage à matrice active dans les années 1980, technologie de commutation en plan dans les années 1990, qui a radicalement amélioré la reproduction des couleurs et les angles de vision.
L'écran LCD à transistors en couches minces, qui utilise un transistor séparé pour chaque pixel afin de permettre un commutation plus rapide et une résolution plus élevée, est devenu la technologie dominante pour les écrans d'ordinateur portable dans les années 1990 et pour les téléphones mobiles au début des années 2000. À l'arrivée de l'ère des smartphones, les panneaux LCD pouvaient être fabriqués aux dimensions des téléphones mobiles avec suffisamment de luminosité, de résolution et d'efficacité énergétique pour servir d'interfaces principales.
Les smartphones ultérieurs sont passés aux écrans OLED, qui produisent de la lumière directement à partir de composés organiques et éliminent le besoin d'un rétroéclairage séparé, améliorant encore le contraste et l'efficacité. Mais le chemin vers l'OLED est passé par des décennies de développement de LCD qui ont établi les écosystèmes de fabrication, les techniques de contrôle au niveau des pixels et les chaînes d'approvisionnement sur lesquelles l'industrie de l'affichage repose encore.
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Les écrans sensibles au toucher existaient avant le smartphone. Les écrans tactiles résistifs — qui détectent la pression en sentant quand deux couches conductrices flexibles sont pressées ensemble — étaient courants dans les distributeurs automatiques de billets, les terminaux de kiosque et les PDA anciens dans les années 1990 et 2000. Ils fonctionnaient, mais nécessitaient un stylet ou une pression délibérée et forte et étaient mal adaptés aux interactions fluides et multi-touch qui définissent l'expérience smartphone.
L'écran tactile capacitif, qui détecte la conductivité électrique d'un doigt humain plutôt que la pression physique, a changé cela. La détection capacitive n'était pas nouvelle — la technologie avait été utilisée dans les commandes industrielles et d'autres applications pendant des décennies — mais l'ingénierie nécessaire pour l'appliquer à un grand écran haute résolution et multi-touch adapté à un appareil grand public a nécessité un développement substantiel.
Des chercheurs de l'université du Delaware, dont Wayne Westerman et John Elias, ont développé la technologie de détection capacitive multi-touch à la fin des années 1990. Leur entreprise, FingerWorks, a été rachetée par Apple $AAPL en 2005, et la technologie a formé la base de l'écran tactile de l'iPhone. Les principales innovations ne consistaient pas simplement à détecter le toucher mais à détecter plusieurs contacts simultanés et à utiliser ces informations pour reconnaître les gestes — pincer pour zoomer, balayer pour faire défiler — qui rendaient l'interface tactile suffisamment intuitive pour remplacer un clavier physique.
La différence entre le tactile résistif et capacitif n'est pas simplement technique ; elle a déterminé si un écran tactile pouvait être l'interface principale d'un appareil polyvalent. Les écrans résistifs nécessitaient un pointage ; les écrans capacitifs répondaient aux mouvements naturels de la main. Cette différence a façonné tout le langage visuel des logiciels mobiles, qui est construit autour de gestes impossibles à exécuter sur un panneau résistif.
La fabrication d'écrans tactiles capacitifs à l'échelle et au coût des smartphones a nécessité des avancées dans le dépôt d'oxyde d'indium-étain, le revêtement conducteur appliqué à la surface du verre, et dans les réseaux de capteurs qui détectent la localisation du toucher. Les deux sont depuis devenus des opérations de fabrication matures et de grande envergure — mais ce n'était pas le cas en 2007, lorsqu'ils ont été déployés pour la première fois à l'échelle des smartphones.
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Tous les semi-conducteurs ne se valent pas, et le choix du silicium comme fondement de l'industrie électronique moderne n'était pas inévitable. Le germanium, que Bardeen, Brattain et Shockley ont utilisé dans le premier transistor, était le matériau initial de choix. L'arséniure de gallium offrait une meilleure mobilité des électrons. Mais le silicium a gagné, et ce résultat a façonné tout ce qui a suivi.
Les avantages du silicium étaient pratiques plutôt que purement électriques. C'est le deuxième élément le plus abondant dans la croûte terrestre, ce qui rend les matières premières bon marché. Son oxyde — le dioxyde de silicium, essentiellement du verre — se forme naturellement à sa surface lorsqu'il est chauffé à l'air, et le dioxyde de silicium est un excellent isolant électrique. Cette propriété s'est avérée cruciale pour le processus de fabrication planétaire développé par Robert Noyce et Jean Hoerni chez Fairchild, qui utilise des couches d'oxyde pour isoler les transistors les uns des autres sur la surface de la puce.
Le silicium a également une bande interdite plus large que le germanium, ce qui signifie qu'il peut fonctionner à des températures plus élevées sans que ses propriétés semi-conductrices ne se dégradent. Les premiers transistors en germanium devaient être soigneusement gérés pour éviter l'emballement thermique. Les transistors en silicium étaient plus robustes, ce qui simplifiait la conception des appareils et améliorait la fiabilité dans les applications commerciales.
La conséquence de la domination du silicium est une infrastructure de fabrication mondiale d'une échelle et d'une sophistication énormes. Les usines de fabrication de semi-conducteurs, appelées fabs, sont construites autour du traitement des plaquettes de silicium. Les produits chimiques, les gaz, les équipements et l'expertise accumulés au cours des 70 années de fabrication du silicium sont ce qui permet à une puce de smartphone moderne d'être produite à un coût mesuré en dollars. Si l'industrie s'était divisée en plusieurs matériaux semi-conducteurs, les économies d'échelle qui rendent les puces mobiles abordables n'existeraient pas sous la même forme.
Le silicium n'est pas le matériau optimal pour chaque fonction dans un smartphone — le nitrure de gallium et d'autres semi-conducteurs composés apparaissent dans certains composants — mais c'est la raison pour laquelle les puces logiques de base peuvent être fabriquées à des prix qui rendent les smartphones accessibles à des milliards de personnes.
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Un smartphone sans connectivité réseau est un appareil performant mais limité. Ce qui le rend transformateur, c'est la capacité d'accéder à Internet, d'envoyer des messages et de passer des appels depuis presque n'importe où, sans fil. Cette capacité dépend d'un investissement dans l'infrastructure — antennes, systèmes de commutation et licences de spectre — qui a précédé le smartphone de plusieurs décennies.
Le premier réseau téléphonique cellulaire commercial a été lancé au Japon en 1979, exploité par Nippon Telegraph and Telephone. Les États-Unis ont lancé leur premier réseau cellulaire commercial en 1983 à Chicago, exploité par Ameritech. Ces réseaux de première génération utilisaient des signaux analogiques et ne pouvaient transporter que la voix. Mais ils ont établi l'architecture fondamentale : des zones géographiques divisées en cellules, chacune desservie par une station de base, avec des appels transférés entre les cellules au fur et à mesure que les utilisateurs se déplaçaient.
Les réseaux de deuxième génération, ou 2G, ont introduit la transmission numérique au début des années 1990, ce qui a amélioré la qualité de la voix, ajouté des capacités de données limitées et considérablement augmenté la capacité du réseau. La norme GSM, développée en Europe et adoptée mondialement, est devenue le système 2G dominant. C’est la raison pour laquelle les cartes SIM existent — le GSM nécessitait un module d'identité d'abonné pour identifier les utilisateurs sur le réseau.
Les réseaux de troisième génération, ou 3G, arrivés au début des années 2000, ont augmenté la vitesse des données suffisamment pour rendre la navigation sur Internet mobile pratique. Sans 3G, le navigateur de l'iPhone, le client de messagerie et l'écosystème d'applications auraient fonctionné à des vitesses qui les rendaient presque inutilisables. Le smartphone tel que nous le connaissons a été conçu autour de l'hypothèse d'un accès sans fil à large bande.
La construction de cette infrastructure a nécessité une coopération réglementaire — les gouvernements devaient allouer le spectre radio, qui est une ressource finie et contestée — et un investissement en capital massif par les opérateurs qui construisaient pour une demande future qu'ils ne pouvaient qu'estimer. Le smartphone n'a pas créé le réseau cellulaire; il a dépendu d'un réseau qui était en construction depuis 25 ans avant l'arrivée de l'iPhone.
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Le réseau cellulaire ne pourrait exister sans spectre radio — les gammes de fréquences électromagnétiques utilisées pour transporter les signaux sans fil. Le spectre est une ressource naturelle finie. Sans réglementation, les émetteurs opérant sur la même fréquence dans la même zone interfèrent les uns avec les autres, dégradant ou détruisant les signaux des deux. Gérer le spectre pour que les réseaux cellulaires, Wi-Fi, GPS, les diffusions télévisées et les services d'urgence puissent tous fonctionner sans chaos a requis une coordination internationale et une réglementation nationale qui ont commencé bien avant l'ère du smartphone.
L'Union internationale des télécommunications, fondée en 1865 sous le nom d'Union internationale du télégraphe, est l'agence de l'ONU responsable de l'allocation du spectre radio mondialement. Son Règlement des radiocommunications, révisé périodiquement lors des Conférences mondiales des radiocommunications, divise le spectre en bandes de fréquences et attribue chacune à des usages spécifiques. Les bandes cellulaires qui transportent la voix et les données des smartphones ont été désignées par ce processus.
Dans ces allocations internationales, les régulateurs nationaux — la FCC aux États-Unis, l'Ofcom au Royaume-Uni et les équivalents dans d'autres pays — attribuent des bandes de spectre spécifiques à des opérateurs spécifiques, généralement par le biais d'enchères. Les recettes des enchères de spectre sont devenues une source de revenus significative pour les gouvernements ; les enchères de spectre aux États-Unis ont rapporté des centaines de milliards de dollars au total.
L'ère des smartphones a nécessité non seulement l'allocation du spectre, mais aussi sa libération. De nombreuses bandes cellulaires utilisées aujourd'hui étaient auparavant occupées par des diffuseurs de télévision analogique, des systèmes radio mobiles terrestres ou d'autres utilisateurs. Libérer ce spectre pour une utilisation cellulaire large bande a nécessité des processus réglementaires qui ont pris des années. La bande de 700 MHz aux États-Unis, qui offre une excellente couverture intérieure et une propagation à longue portée, n'a été disponible pour la 4G LTE qu'après la transition de la télévision numérique en 2009, qui l'a libérée de la diffusion télévisuelle analogique.
Sans le cadre de gouvernance internationale du spectre, un smartphone émettrait dans un brouillard chaotique d'interférences. L'infrastructure réglementaire est invisible pour les utilisateurs, mais aussi essentielle à l'expérience du smartphone que n'importe quel composant de l'appareil lui-même.
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L'application de navigation est parmi les fonctionnalités les plus utilisées sur un smartphone. Les indications pas à pas, la géolocalisation, la réservation de transport, la livraison de nourriture et des dizaines d'autres services dépendent de la localisation de l'appareil, avec une précision de quelques mètres, n'importe où sur Terre. Cette capacité repose sur le Système de Positionnement Global, un réseau de satellites initialement construit et exploité par l'armée américaine.
Le GPS a été développé par le Département de la Défense à partir des années 1970 et a atteint sa capacité opérationnelle initiale en 1993. Le système fonctionne en permettant aux récepteurs de calculer leur position en fonction des signaux horaires de plusieurs satellites simultanément. Avec quatre satellites ou plus en vue, un récepteur peut déterminer la latitude, la longitude et l'altitude avec une grande précision.
L'armée a initialement dégradé la précision disponible pour les récepteurs GPS civils grâce à une fonction appelée Disponibilité Sélective, qui introduisait des erreurs de synchronisation délibérées. Le GPS civil était précis à environ 100 mètres — utile pour la navigation mais pas assez précis pour de nombreuses applications. Le président Bill Clinton a ordonné la désactivation de la Disponibilité Sélective en mai 2000, améliorant la précision civile à environ 10 à 20 mètres. Cette décision a ouvert le GPS à l'industrie des services de localisation commerciale.
Même avec des signaux GPS précis disponibles, intégrer un récepteur GPS dans un smartphone a nécessité une miniaturisation. Les premiers appareils GPS étaient des unités portables de la taille d'un grand talkie-walkie. Réduire la taille du récepteur et améliorer son efficacité énergétique pour l'intégrer dans un téléphone aux côtés d'une radio cellulaire, d'une caméra et d'un écran a nécessité des années de développement de puces. Des entreprises comme SiRF Technology ont développé des puces réceptrices GPS qui consommaient des milliwatts de puissance et tenaient sur une puce plus petite qu'un ongle.
La combinaison de signaux GPS précis et disponibles gratuitement et de récepteurs miniaturisés est ce qui a rendu les services de localisation possibles à l'échelle des smartphones. Sans la décision politique de désactiver la Disponibilité Sélective, les fonctionnalités de localisation qui définissent l'utilisation moderne des smartphones n'existeraient pas sous leur forme actuelle.
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Le smartphone est, entre autres choses, un appareil permettant d'accéder à internet. L'email, la navigation web, les médias sociaux, le streaming et le stockage en cloud dépendent tous de la connectivité internet. Cette connectivité dépend à son tour de l'existence de l'internet lui-même — un réseau commuté par paquets mondial qui n'existait pas comme infrastructure publique avant le début des années 1990.
Les origines d'internet se trouvent dans ARPANET, un réseau de recherche du Département de la Défense des États-Unis qui a été activé en 1969 et a démontré la viabilité de la commutation par paquets — la technique consistant à diviser les données en paquets discrets, à les router indépendamment à travers un réseau, et à les réassembler à la destination. La commutation par paquets était plus efficace et résiliente que l'architecture commutée par circuits des réseaux téléphoniques et est devenue la base de la conception d'internet.
Les protocoles qui font fonctionner internet comme un réseau unifié — TCP/IP, développés par Vint Cerf et Robert Kahn dans les années 1970 — ont fourni un langage commun permettant aux réseaux construits par différentes organisations de communiquer. Le World Wide Web, développé par Tim Berners-Lee au CERN en 1989, a ajouté la couche hypertexte qui a rendu le contenu internet navigable par les non-spécialistes.
La privatisation et l'expansion commerciale d'internet au début des années 1990, lorsque la National Science Foundation a levé les restrictions sur le trafic commercial sur l'épine dorsale du réseau, ont transformé internet en une infrastructure de marché de masse plutôt qu'académique et gouvernementale. Au moment de l'arrivée du smartphone, internet transportait des emails commerciaux, du commerce électronique, des nouvelles, des moteurs de recherche et des premiers réseaux sociaux — un riche écosystème de services qu'un appareil mobile pouvait accéder.
Le smartphone n'a pas créé les services internet ; il a déplacé leur accès du bureau à la poche. Chaque application qui communique via un réseau utilise une infrastructure construite plus de deux décennies avant la conception de l'appareil.
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Lorsqu'un smartphone à Manille charge une page web hébergée sur un serveur en Virginie, les données voyagent — en partie — à travers des câbles à fibre optique posés sur le fond de l'océan Pacifique. L'internet mondial dépend des câbles sous-marins d'une manière largement invisible pour les utilisateurs mais essentielle à son fonctionnement. Sans cette infrastructure physique, la transmission de données internationales serait limitée aux liaisons satellites avec une latence plus élevée et une capacité plus faible.
Les câbles télégraphiques sous-marins datent des années 1850, lorsque le premier câble télégraphique transatlantique a été posé en 1858. Mais les câbles pertinents pour l'ère des smartphones sont les câbles à fibre optique posés à partir de la fin des années 1980. Le premier câble transatlantique à fibre optique, le TAT-8, est entré en service en 1988, transportant 40 000 appels téléphoniques simultanément — bien plus que les câbles coaxiaux qu'il complétait.
La transmission par fibre optique fonctionne en transportant des données sous forme d'impulsions lumineuses à travers des fibres de verre. La bande passante de la fibre — la quantité de données qu'elle peut transporter — est de plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle du fil de cuivre, et les données voyagent à la vitesse de la lumière à travers la fibre avec une dégradation minimale sur de longues distances.
Le boom de la pose de câbles à la fin des années 1990, motivé par des projections optimistes de croissance d'internet, a abouti à un vaste réseau de fibres sous-marines reliant les grandes villes de chaque continent. Lorsque la bulle internet a éclaté, de nombreux câbles fonctionnaient en dessous de leur capacité, ce qui a fait baisser le coût de la bande passante internationale et a involontairement fourni l'infrastructure nécessaire à l'expansion d'internet des années 2000 et 2010.
Aujourd'hui, un vaste réseau de câbles sous-marins transporte plus de 95 % du trafic internet international. Les services cloud, les plateformes de streaming et les centres de données qui alimentent les applications pour smartphones dépendent tous de cette infrastructure physique. La latence qu'un utilisateur de smartphone ressent sur une connexion internationale reflète, en partie, le temps nécessaire à la lumière pour parcourir des milliers de kilomètres de fibre de verre sur le fond de l'océan.
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Rendre les transistors plus petits nécessitait la capacité de dessiner des motifs de plus en plus fins sur des tranches de silicium. La technique utilisée pour cela est la photolithographie — essentiellement un processus photographique appliqué aux matériaux semi-conducteurs. Un produit chimique sensible à la lumière appelé photorésist est appliqué sur la surface de la tranche, exposé à travers un masque qui porte le motif du circuit, puis développé chimiquement pour graver le motif dans le matériau semi-conducteur ou le matériau de dépôt en dessous.
La résolution de la photolithographie — la plus petite caractéristique qu'elle peut produire de manière fiable — est limitée par la longueur d'onde de la lumière utilisée pour exposer le photorésist. Les longueurs d'onde plus courtes permettent des motifs plus fins. L'histoire de la miniaturisation des puces est, en grande partie, l'histoire du passage à des longueurs d'onde de lumière toujours plus courtes : de la lumière visible à l'ultraviolet à l'ultraviolet profond à l'ultraviolet extrême, ou EUV.
La lithographie EUV, qui utilise une lumière d'une longueur d'onde de 13,5 nanomètres — bien plus courte que la lumière visible, qui va de 380 à 700 nanomètres — est la technique qui a permis de réaliser des transistors aux nœuds de 7 nanomètres et 5 nanomètres utilisés dans les processeurs de smartphones modernes. Les machines EUV, fabriquées par l'entreprise néerlandaise ASML $ASML, coûtent environ 150 millions de dollars chacune et ont nécessité des décennies de développement. Une seule machine pèse 180 tonnes.
L'ingénierie nécessaire pour produire de la lumière EUV — essentiellement en tirant un laser sur de minuscules gouttelettes d'étain liquide — et l'utiliser pour exposer des motifs sur des plaquettes de silicium dans un environnement de fabrication à haut rendement représente l'un des exploits de fabrication de précision les plus complexes de l'histoire humaine. Elle est également largement inconnue en dehors de l'industrie des semi-conducteurs.
Sans la lithographie EUV, les puces des smartphones actuels ne pourraient pas être fabriquées avec les densités de transistors actuelles. La performance et l'efficacité énergétique d'un processeur mobile moderne dépendent directement de la capacité à dessiner des motifs à des échelles qui auraient été considérées comme physiquement impossibles il y a 30 ans.
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Un processeur sans logiciel est inerte. Le smartphone nécessitait non seulement un matériel capable mais aussi un système d'exploitation conçu pour fonctionner sur du matériel alimenté par batterie avec une mémoire limitée, exposer les capacités du matériel aux développeurs d'applications et fournir une interface utilisateur accessible aux utilisateurs non techniques. Cela a nécessité une décennie de développement de systèmes d'exploitation mobiles qui a précédé le smartphone moderne.
Le Palm OS, sorti pour la première fois en 1996, a montré qu'un environnement informatique utile pouvait fonctionner sur un appareil portable avec beaucoup moins de mémoire et de puissance de traitement qu'un ordinateur de bureau. Windows CE et ses successeurs ont apporté une version du modèle informatique Windows aux appareils portables à la fin des années 1990. Le Symbian de Nokia, qui combinait des éléments d'EPOC — un système d'exploitation initialement développé pour l'organiseur Psion Series 3 — a dominé les téléphones à fonctions intelligentes au début des années 2000.
Aucune de ces plateformes n'a atteint la combinaison d'utilisabilité et de fonctionnalité requise par l'ère des smartphones. La percée est venue de deux directions simultanément. L'iOS d'Apple $AAPL, dérivé de Mac OS X $TWTR et finalement de BSD Unix, a été spécialement conçu pour le matériel et l'interface tactile de l'iPhone. Android de Google $GOOGL, basé sur le noyau Linux et développé par une équipe acquise plus tard par Google en 2005, a fourni une plateforme qui pouvait être adaptée à une gamme de matériels.
Les deux plateformes partageaient une idée architecturale clé : le système d'exploitation devait fournir un environnement sécurisé et isolé dans lequel les applications de développeurs tiers pouvaient fonctionner sans pouvoir endommager le système central ni les unes les autres. Ce modèle — formalisé dans le modèle de magasin d'applications qu'Apple a introduit en 2008 — a permis à un écosystème mondial de développeurs d'étendre les capacités du smartphone sans obliger les fabricants d'appareils à anticiper chaque cas d'utilisation possible.
Le système d'exploitation mobile est ce qui transforme un ensemble de composants en une plateforme. Le matériel fixe le plafond ; le système d'exploitation détermine combien il peut être accessible et par qui.
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Un smartphone n'est utile que par ce qui y fonctionne. Le matériel et le système d'exploitation fournissent une plateforme ; les applications fournissent les raisons de l'utiliser. L'écosystème des applications — le modèle dans lequel les développeurs tiers écrivent des logiciels distribués via un marché centralisé — n'était pas inévitable. Il a émergé de décisions spécifiques sur l'architecture de la plateforme et l'accès des développeurs qui ont façonné l'ère des smartphones.
Avant l'App Store de l'iPhone, lancé en juillet 2008, la distribution de logiciels mobiles était fragmentée et difficile. Les développeurs pouvaient écrire des applications pour des plateformes mobiles, mais atteindre les utilisateurs nécessitait de naviguer dans des processus d'approbation de transporteurs ou des accords de fabricants qui étaient lents, coûteux et imprévisibles. Le « jardin clos » n'était pas une métaphore — les opérateurs mobiles contrôlaient activement quels logiciels pouvaient fonctionner sur les combinés de leurs réseaux.
L'App Store d'Apple $AAPL a changé cela en créant un canal direct entre développeurs et utilisateurs, Apple agissant comme un seul gardien. C'était à la fois plus restrictif et plus ouvert que ce qui existait auparavant : les développeurs devaient passer par le processus de révision d'Apple, mais n'avaient plus besoin de l'approbation des transporteurs. Les termes économiques — Apple prenant 30 % des revenus des applications payantes et des achats intégrés — ont établi un modèle commercial qui a suscité un énorme intérêt des développeurs.
Le Play Store de Google $GOOGL, lancé avec Android, a introduit un modèle concurrent avec une curation quelque peu moins restrictive. La concurrence entre les deux plateformes a stimulé l'investissement dans le développement de logiciels mobiles qui a rapidement élargi ce que les smartphones pouvaient faire.
Le modèle d'écosystème d'applications nécessitait une infrastructure Internet pour distribuer des logiciels à grande échelle, des systèmes de paiement pour gérer les micropaiements, et des outils de développement pour rendre l'ingénierie logicielle mobile accessible aux individus et aux petites équipes. Le pool mondial d'applications pour smartphone est le produit de millions de développeurs travaillant dans les cadres construits par Apple et Google. Sans le modèle de l'app store, le smartphone serait resté un appareil fermé avec un ensemble de fonctionnalités fixes plutôt qu'une plateforme à usage général.
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Aucune fonctionnalité matérielle n'a plus intégré le smartphone dans la vie quotidienne que l'appareil photo. Les appareils photo modernes des smartphones produisent des images et des vidéos que les photographes professionnels auraient utilisées avec un équipement dédié il y a dix ans. Mais intégrer un appareil photo utile dans un téléphone a nécessité une miniaturisation spectaculaire de la technologie des capteurs d'image.
Les capteurs d'image des appareils photo des smartphones sont des capteurs CMOS — Semi-conducteur complémentaire à oxyde métallique — qui convertissent la lumière en signaux électriques en utilisant les mêmes processus de fabrication de silicium que pour les puces logiques. Les capteurs CMOS existaient depuis les années 1960, mais pendant des décennies, ils produisaient des images de qualité inférieure à celles des capteurs CCD (Dispositif à transfert de charge), qui étaient la technologie dominante dans les appareils photo numériques et les caméscopes.
Une percée est survenue au début des années 1990 lorsque Eric Fossum et ses collègues du Jet Propulsion Laboratory de la NASA ont développé le capteur CMOS à pixels actifs, qui intégrait des amplificateurs dans chaque pixel et améliorait considérablement la qualité du signal. La technologie a été brevetée, licenciée, puis commercialisée par une série d'entreprises, faisant finalement des capteurs CMOS la norme pour les appareils photo mobiles en raison de leur faible consommation d'énergie et de leur compatibilité avec la fabrication standard de puces.
Miniaturiser le capteur suffisamment petit pour un téléphone tout en maintenant une qualité d'image utilisable a nécessité des avancées dans l'optique des lentilles — en particulier, la conception de systèmes de lentilles suffisamment petits pour tenir quelques millimètres de profondeur tout en focalisant précisément la lumière — et dans le traitement informatique. Les capteurs des appareils photo des smartphones sont minuscules par rapport à ceux des appareils photo dédiés, ce qui signifie qu'ils collectent moins de lumière. La photographie computationnelle — utilisant le processeur pour combiner plusieurs expositions, réduire le bruit et améliorer les détails — compense les limitations physiques que l'optique seule ne peut surmonter.
Apple $AAPL, Google $GOOGL et d'autres ont investi massivement dans les processeurs de signaux d'image et les algorithmes d'apprentissage automatique qui réalisent ce travail computationnel. La qualité d'une photographie de smartphone moderne reflète à la fois le matériel du capteur et le logiciel qui traite sa sortie — une combinaison que ni le matériel ni le logiciel seuls ne pourraient accomplir.
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Toutes les architectures de processeur ne se valent pas, et l'architecture qui alimente presque tous les smartphones sur Terre a été conçue non pas pour des performances maximales mais pour une consommation d'énergie minimale — une priorité de conception qui, lorsque les puces pour smartphones étaient conçues dans les années 1990 et 2000, la distinguait des approches dominantes du monde de l'informatique de bureau.
L'architecture ARM — Advanced RISC Machine, initialement Acorn RISC Machine — a été développée par Acorn Computers au Royaume-Uni au milieu des années 1980. Elle est basée sur la philosophie du calcul à jeu d'instructions réduit, qui simplifie le jeu d'instructions du processeur pour permettre à chaque instruction de s'exécuter rapidement et avec une faible consommation d'énergie, contrairement aux conceptions de calcul à jeu d'instructions complexe qui peuvent en faire plus en une seule instruction mais nécessitent plus de transistors et de puissance pour le faire.
ARM Holdings, l'entreprise qui conçoit et licence l'architecture ARM, ne fabrique pas de puces. Elle accorde des licences pour ses conceptions de processeurs aux fabricants de puces — Apple $AAPL, Qualcomm $QCOM, Samsung, MediaTek, et d'autres — qui les intègrent dans des conceptions de systèmes sur puce personnalisées optimisées pour leurs applications spécifiques. Les puces de la série A d'Apple, qui alimentent les iPhones, sont basées sur ARM. Les processeurs Snapdragon de Qualcomm, qui alimentent une grande partie des appareils Android, sont également basés sur ARM.
Le modèle de licence était inhabituel dans l'industrie des semi-conducteurs, où les entreprises intégrées verticalement concevaient et fabriquaient généralement leurs puces. La décision d'ARM de licencier son architecture plutôt que de fabriquer des puces signifiait que de nombreuses entreprises pouvaient créer des produits basés sur ARM, créant un écosystème de logiciels et d'outils compatibles. Cela signifiait également que les puces ARM apparaissaient dans des appareils — PDA, décodeurs, contrôleurs embarqués — bien avant l'ère des smartphones, constituant une base de logiciels et d'expérience en ingénierie.
L'efficacité énergétique que les conceptions ARM privilégient était exactement ce dont l'informatique mobile avait besoin. Les processeurs de bureau pouvaient se permettre de consommer 100 watts car ils étaient branchés sur une prise murale. Un processeur de smartphone doit fonctionner avec les milliwatts disponibles d'une batterie et laisser encore de l'énergie pour un radio cellulaire, un écran, un récepteur GPS et des capteurs fonctionnant simultanément.
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Un smartphone doit stocker son système d'exploitation, ses applications, ses données utilisateur et les médias que l'utilisateur crée et télécharge. Ce stockage doit être compact, rapide, économe en énergie et durable — il ne peut pas avoir de pièces mobiles, car un téléphone est tombé, secoué et transporté dans des poches. La technologie qui répond à toutes ces exigences est la mémoire flash NAND.
La mémoire flash a été inventée par Fujio Masuoka chez Toshiba au début des années 1980. Masuoka a présenté l'invention lors d'un symposium de l'IEEE en 1984, où les ingénieurs d'Intel $INTC ont reconnu son potentiel. Intel a licencié la technologie et a lancé les premières puces de mémoire flash commerciale sur le marché en 1988. L'architecture spécifique qui est devenue dominante — la flash NAND, ainsi nommée pour la structure de porte logique qu'elle utilise — s'est avérée plus adaptée au stockage haute densité que l'alternative flash NOR.
La flash NAND fonctionne en piégeant des électrons dans la grille flottante d'un transistor, où ils restent même sans alimentation, fournissant un stockage non volatile. Le défi pour la rendre utile pour les smartphones était de la rendre suffisamment dense pour stocker des gigaoctets de données dans une puce de la taille d'un ongle et suffisamment rapide pour permettre le démarrage du système d'exploitation et le chargement des applications sans délai perceptible.
Le coût de la flash NAND a chuté de manière spectaculaire dans les années 2000 alors que les fabricants passaient à des nœuds de processus plus petits et développaient des techniques d'empilement tridimensionnel, qui empilent verticalement les cellules de mémoire pour augmenter la densité sans nécessiter des puces plus grandes. En 2007, il était économiquement faisable d'inclure de 4 à 8 gigaoctets de stockage NAND dans un smartphone grand public — suffisamment pour stocker le système d'exploitation, plusieurs dizaines d'applications, et une bibliothèque de musique et de photographies.
Sans la mémoire flash NAND, le stockage des smartphones nécessiterait des disques durs miniaturisés — qui existent, sous la forme de disques de 1,8 pouces utilisés dans les premiers iPods — mais sont plus lents, plus gourmands en énergie, plus fragiles et plus épais que la mémoire flash. La migration du stockage des disques tournants vers la mémoire flash était une condition préalable pour le facteur de forme mince et durable du smartphone.
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Les réseaux cellulaires gèrent la communication des smartphones lorsqu'un appareil est éloigné d'un emplacement fixe, mais une grande part du trafic de données des smartphones passe par le Wi-Fi — la technologie de réseau local sans fil qui fournit un accès Internet à haut débit à la maison, dans les bureaux, dans les cafés, dans les aéroports et dans les espaces publics. Le Wi-Fi n'a pas été inventé pour les smartphones ; il a été standardisé pour les ordinateurs portables. Mais l'infrastructure construite pour les utilisateurs d'ordinateurs portables est devenue un élément critique de l'expérience smartphone.
La norme IEEE 802.11, qui définit le Wi-Fi, a été publiée pour la première fois en 1997. La révision 802.11b en 1999 a augmenté les vitesses à 11 mégabits par seconde et a été la première version à atteindre une adoption commerciale généralisée. L'Alliance Wi-Fi, formée en 1999 pour certifier l'interopérabilité entre les produits de différents fabricants, a donné son nom de marque à la technologie et a assuré qu'un ordinateur portable d'une entreprise pourrait se connecter à un point d'accès d'une autre.
L'omniprésence du Wi-Fi dans les foyers et les entreprises au milieu des années 2000 signifiait que les concepteurs de smartphones pouvaient compter sur la disponibilité de la connectivité sans fil à haut débit dans les environnements où les utilisateurs passeraient la plupart de leur temps. Cela a permis aux radios cellulaires des smartphones de gérer l'écart entre les emplacements fixes plutôt que de supporter l'entière charge de la transmission de données, ce qui aurait nécessité des réseaux cellulaires plus rapides plus tôt et aurait mis plus de pression sur l'autonomie de la batterie.
Le Wi-Fi a également permis des capacités que les réseaux cellulaires ne pouvaient pas efficacement supporter au lancement — streaming vidéo en haute définition, téléchargements de gros fichiers, mises à jour logicielles — en fournissant une connexion locale à large bande passante. La pratique de restreindre les gros téléchargements au Wi-Fi, que la plupart des systèmes d'exploitation de smartphones appliquent par défaut, reflète le rôle continu du Wi-Fi comme complément à haute capacité de la connexion cellulaire.
La norme 802.11 a été révisée à plusieurs reprises, chaque révision augmentant les vitesses. Les révisions 802.11n, 802.11ac et 802.11ax (Wi-Fi 6) ont étendu la bande passante à des centaines de mégabits par seconde, maintenant le Wi-Fi en avance sur les vitesses cellulaires pour les connexions locales, même si la 4G LTE et la 5G ont considérablement augmenté les taux de données cellulaires.
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L'internet fournit les tuyaux ; le World Wide Web fournit le contenu. Un navigateur de smartphone ouvre des pages web. Une application de smartphone utilise fréquemment les technologies web pour afficher des informations récupérées depuis des serveurs web. Le web — le système de documents hyperliés identifiés par des URLs et formatés en HTML — est la couche de contenu sur laquelle dépend une grande partie de l'utilité du smartphone.
Tim Berners-Lee a développé les trois technologies de base du Web au CERN en 1989 et 1990 : HTML, le langage de balisage pour les documents web ; HTTP, le protocole pour les transférer entre serveurs et clients ; et les URLs, le schéma d'adressage qui identifie chaque document. Il a mis en œuvre le premier serveur et navigateur web sur un ordinateur NeXT au CERN, et le web est devenu public en août 1991.
L'expansion commerciale du web dans les années 1990, menée par les navigateurs graphiques — d'abord Mosaic, puis Netscape Navigator, puis Internet Explorer — a créé l'écosystème de sites web, moteurs de recherche et finalement de plateformes de commerce électronique auxquelles les smartphones accèderaient. Google $GOOGL, fondé en 1998, a organisé ce corpus croissant de contenu à travers la recherche de manière à le rendre utile pour naviguer depuis un appareil mobile.
L'évolution des standards web dans les années 2000 a ajouté des capacités qui ont rendu les applications web plus puissantes : JavaScript pour l'interactivité, CSS pour la présentation, XMLHttpRequest pour charger des données sans rafraîchir la page. Ces avancées, regroupées sous le label Web 2.0, ont permis de créer des expériences de type application dans un navigateur et finalement dans les composants WebView intégrés dans les applications mobiles.
Sans le web, un smartphone aurait accès à des réseaux de données mais pas à un corpus de contenu organisé et navigable à accéder. Le web est ce qui a donné à l'internet une expérience orientée utilisateur qui a justifié l'effort d'y accéder depuis un appareil de la taille d'une poche.
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Un smartphone est un produit véritablement mondial. Les éléments de terres rares dans ses aimants et son écran proviennent de mines principalement en Chine. Son châssis en aluminium peut être formé en Chine à partir de bauxite australienne. Son verre est fabriqué par des entreprises aux États-Unis et au Japon. Ses puces sont conçues en Californie et fabriquées à Taïwan. Il est assemblé en Chine, au Vietnam ou en Inde et vendu dans le monde entier. Cette chaîne d'approvisionnement ne s'est pas assemblée toute seule ; elle reflète 40 ans de libéralisation commerciale, de développement logistique et de politique industrielle.
Le cadre qui a rendu la fabrication mondiale d'électronique économique a commencé avec l'Accord général sur les tarifs douaniers et le commerce, le précurseur de l'Organisation mondiale du commerce, qui a progressivement réduit les tarifs sur les produits manufacturés à travers des cycles successifs de négociations débutant en 1948. L'Accord sur la technologie de l'information, conclu sous l'OMC en 1996, a éliminé les tarifs sur les ordinateurs, les semi-conducteurs et l'équipement de télécommunications parmi les principales économies commerciales — un accord qui a considérablement réduit le coût des composants entrant dans la fabrication des smartphones.
Le transport par conteneurs, standardisé après l'innovation de Malcolm McLean dans les années 1950 et 1960, a rendu économique la fabrication de composants dans différents pays et leur assemblage dans un troisième. Un conteneur chargé de panneaux d'affichage en Corée du Sud peut être déchargé dans un port du sud de la Chine, transporté par camion jusqu'à une installation d'assemblage, et les téléphones finis chargés dans des conteneurs pour expédition vers les marchés de détail mondiaux, avec des coûts logistiques suffisamment bas pour ne pas exclure l'appareil du marché.
L'intégration de la Chine dans l'économie manufacturière mondiale après son adhésion à l'OMC en 2001 a fourni une combinaison de capacité de fabrication à grande échelle, d'infrastructure en amélioration et de coûts de main-d'œuvre qui en ont fait le lieu dominant pour l'assemblage d'électronique grand public dans les années 2000 et 2010. La chaîne d'approvisionnement des smartphones telle qu'elle existait en 2007 était le produit de tout cela — accords commerciaux, infrastructure de transport et développement industriel — convergeant pour rendre l'assemblage mondial économique.
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Les smartphones sont des ordinateurs personnels au sens le plus littéral — des appareils informatiques possédés et exploités par des individus plutôt que par des institutions. Mais l'idée que les gens ordinaires posséderaient et exploiteraient des appareils informatiques, au lieu de soumettre le travail à des machines institutionnelles exploitées par des spécialistes, n'était pas évidente en 1970. Il a fallu la révolution de l'ordinateur personnel à la fin des années 1970 et 1980 pour établir l'informatique comme une activité de consommation.
L'Apple $AAPL II, introduit en 1977, et l'IBM $IBM PC, introduit en 1981, ont été les appareils qui ont apporté l'informatique dans les foyers et les entreprises en grand nombre. L'architecture ouverte de l'IBM PC — qui permettait à d'autres fabricants de construire des machines compatibles utilisant les mêmes composants — a fait baisser les prix et accéléré l'adoption. À la fin des années 1980, les ordinateurs personnels étaient une installation standard dans les bureaux et de plus en plus courants dans les foyers.
Le PC a établi plusieurs choses dont le smartphone dépendait. Il a normalisé l'idée que les non-spécialistes devraient interagir directement avec le matériel informatique. Il a créé un marché pour les logiciels emballés, établissant l'infrastructure commerciale pour la distribution de logiciels. Il a formé une génération d'utilisateurs aux concepts informatiques de base — systèmes de fichiers, applications, concepts de système d'exploitation — qui se sont traduits en appareils mobiles. Et il a construit l'industrie du logiciel qui finirait par produire des applications mobiles.
Le PC a également contribué des technologies spécifiques au smartphone : l'IUG, développée chez Xerox PARC et popularisée par l'Apple Macintosh, est devenue le modèle visuel pour les systèmes d'exploitation mobiles. Le traitement de texte, les tableurs et d'autres catégories d'applications établies sur le PC ont migré vers les plateformes mobiles. Le smartphone est, de manière importante, le PC affiné et miniaturisé — et les 30 ans de normalisation culturelle du PC ont rendu l'adoption du smartphone beaucoup plus rapide qu'elle ne l'aurait été autrement.
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Avant que les smartphones ne contiennent des appareils photo, les appareils photo étaient des dispositifs autonomes — d'abord à pellicule, puis numériques. Le passage de la photographie argentique à numérique sur le marché grand public dans les années 1990 et au début des années 2000 n'a pas seulement produit de meilleures photographies ; il a établi l'attente que les photographies pourraient être instantanément revues, stockées numériquement, partagées électroniquement et gérées dans un logiciel. Ces attentes ont façonné ce qu'un appareil photo de smartphone devait offrir.
Le premier appareil photo numérique commercial pour les consommateurs, l'Apple $AAPL QuickTake 100, a été lancé en 1994. Il produisait des images à 0,3 mégapixel, les stockait sur l'appareil photo sans carte mémoire et était vendu au prix de 749 $. Le Casio QV-10, sorti la même année, a introduit l'écran LCD rotatif qui permettait aux utilisateurs de se voir en prenant une photo — une caractéristique qui anticipait l'appareil photo selfie des décennies plus tard.
La qualité et l'accessibilité des appareils photo numériques se sont rapidement améliorées à la fin des années 1990, grâce aux mêmes améliorations des capteurs CMOS qui alimenteraient plus tard les appareils photo des smartphones. Au début des années 2000, les appareils photo numériques grand public avaient largement remplacé les compacts argentiques sur le marché de la photographie occasionnelle. La gestion des photos numériques — téléchargement sur un PC, organisation dans un logiciel, partage par e-mail puis via les premiers sites de photos sociales comme Flickr, lancé en 2004 — a créé les flux de travail que les appareils photo des smartphones ont ensuite simplifiés en éliminant l'étape intermédiaire.
Le signal de marché fourni par le boom des appareils photo numériques a indiqué aux fabricants de téléphones que les consommateurs voulaient des capacités d'appareil photo dans leurs appareils de poche. Le Nokia N95, sorti en 2007, incluait un appareil photo de 5 mégapixels — compétitif avec les compacts numériques d'entrée de gamme de l'époque. En montrant que les appareils photo mobiles pouvaient produire des images véritablement utiles, il a déplacé le point de référence compétitif pour la photographie sur smartphone et a établi des attentes que l'Apple et d'autres ont ensuite cherché à dépasser.
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Le smartphone est un appareil convergent — il combine des fonctions précédemment réparties sur plusieurs produits distincts : un téléphone, un lecteur de musique, un appareil photo, un calendrier, un client de messagerie, un navigateur GPS, un navigateur web, une console de jeux. La convergence en tant que stratégie produit a été largement débattue dans l'industrie électronique dans les années 1990, et son acceptation finale par les consommateurs n'était pas garantie.
La réflexion initiale de l'industrie cellulaire sur les services de données a produit le WAP — le Wireless Application Protocol — une norme conçue à la fin des années 1990 pour adapter le contenu Internet aux écrans de téléphones mobiles. Le WAP fonctionnait mais offrait une expérience dégradée : lente, coûteuse, avec un contenu limité. Ce n'était pas l'Internet complet ; c'était un sous-ensemble optimisé pour le mobile. Les utilisateurs l'ont essayé, l'ont trouvé insatisfaisant et l'ont largement abandonné. La leçon tirée dans certains milieux était que les consommateurs ne voulaient pas d'accès Internet sur leurs téléphones.
La leçon inverse a été tirée par ceux qui ont noté que le problème était l'exécution, pas le concept. Les consommateurs voulaient le même Internet sur leurs téléphones que celui qu'ils avaient sur leurs ordinateurs de bureau, pas un simulacre dépouillé de celui-ci. Le navigateur de l'iPhone, en 2007, rendait les sites web de bureau — le web réel — avec une fidélité totale, s'adaptant au petit écran par un zoom plutôt que par un reformatage. Cette distinction était centrale dans le discours d'Apple $AAPL et dans la réponse des consommateurs.
Les opérateurs devaient également accepter la convergence. Les opérateurs mobiles avaient investi dans la construction de plateformes de contenu et de services propriétaires — boutiques de sonneries, portails opérés par les opérateurs, sites WAP — qui généraient des revenus et qu'ils étaient réticents à contourner. La décision d'Apple de traiter directement avec les consommateurs au lieu des opérateurs, y compris en prenant le contrôle du canal de distribution de logiciels, a été un changement significatif dans la structure du pouvoir de l'industrie. L'accord d'AT&T $T pour offrir l'iPhone sur une base exclusive aux États-Unis, en acceptant les conditions d'Apple, a signalé que l'emprise des opérateurs sur l'écosystème des appareils pouvait être brisée.
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Un smartphone est un instrument financier. Il authentifie les utilisateurs pour les opérations bancaires, traite les paiements via des services comme Apple $AAPL Pay et Google $GOOGL Pay, stocke des mots de passe et des identifiants, et communique des informations sensibles sur les réseaux sans fil. Rien de tout cela ne serait possible — ou prudent — sans une infrastructure cryptographique robuste protégeant les données en transit et l'appareil lui-même.
Les fondations cryptographiques de la sécurité des smartphones ont été largement établies avant l'ère des smartphones. L'algorithme RSA, développé en 1977 par Ron Rivest, Adi Shamir et Leonard Adleman, a fourni la base mathématique pour la cryptographie à clé publique — la méthode par laquelle deux parties peuvent établir un canal de communication sécurisé sans avoir partagé préalablement une clé secrète. La cryptographie à clé publique est utilisée dans TLS, le protocole qui sécurise la navigation web (le "S" de HTTPS), et dans l'infrastructure de certificats qui permet à un appareil de vérifier qu'il parle à un serveur légitime plutôt qu'à un imposteur.
Les algorithmes de chiffrement symétrique — l'AES (Advanced Encryption Standard), standardisé par le NIST en 2001 — fournissent le chiffrement à grande vitesse utilisé pour protéger les données stockées sur l'appareil et transmises sur les réseaux. L'AES est suffisamment rapide pour fonctionner sur du matériel mobile sans impact perceptible sur les performances, ce qui n'était pas le cas des algorithmes de chiffrement forts antérieurs sur le matériel de traitement disponible dans les appareils mobiles.
La sécurité de l'appareil — le code PIN, le mot de passe, la reconnaissance d'empreintes digitales ou faciale qui empêche l'accès non autorisé — est également une forme de cryptographie : les données biométriques sont stockées sous forme de représentation mathématique plutôt que d'image brute, et la représentation stockée ne peut être inversée pour reconstruire le biométrique. L'enclave sécurisée, un module de sécurité matériel dédié qui stocke les clés cryptographiques à l'écart du processeur principal, a été introduite dans l'iPhone 5s en 2013 et fournit des garanties de sécurité que les approches purement logicielles ne peuvent pas.
Sans infrastructure cryptographique de confiance, le smartphone ne pourrait pas fonctionner comme dispositif de communication sécurisé ou instrument financier. Chaque connexion HTTPS, chaque transaction tap-to-pay, et chaque authentification sur l'App Store dépend des protocoles cryptographiques développés et standardisés au cours des décennies avant l'existence du smartphone.