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Des puces photoniques bientôt intégrées aux systèmes informatiques ?

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La perspective de puces photoniques pour les systèmes informatiques se concrétise encore un peu plus. IBM vient de tester une technologie de transfert à 100 Gbit/s qu'il compte utiliser dans ses data centers. Parallèlement, des ingénieurs de l'université de l'Utah (États-Unis) ont mis au point des séparateurs de faisceau photonique à l'échelle du micron qui pourraient être intégrés par millions sur une seule puce de silicium.

Ce boîtier renferme plusieurs centaines de puces photoniques destinées à fabriquer des émetteurs-récepteurs capables de transférer les données à 100 Gbit/s. IBM compte intégrer ces composants dans ses futurs serveurs et supercalculateurs. © IBM

IBM travaille depuis plusieurs années sur la technologie photonique et plus particulièrement sur le moyen d'associer l'optique et l'électronique afin de créer des interconnexions et des processeurs susceptibles de démultiplier les performances des serveurs, des supercalculateurs et peut-être un jour des ordinateurs personnels. Big Blue, comme est surnommée l'entreprise, vient de franchir une étape importante dans ce domaine. Ses chercheurs ont créé ce qu'ils appellent un design de référence en combinant sur une puce de silicium des composants optiques et des circuits électriques. Ceci ouvre la voie à la fabrication d'émetteurs-récepteurs optiques pour les interconnexions des data centers qui permettront de multiplier la bande passante pour les applications de cloud computing et de Big Data.

Les équipes d'IBM Research basées à New York (États-Unis) et Zurich (Suisse) ont créé une puce photonique sur silicium qui transfère les données à partir d'une seule fibre optique en utilisant quatre couleurs qui représentent chacune un canal d'une capacité de 25 Gbit/s. Ces canaux peuvent être multiplexés en longueur d'onde pour atteindre une bande passante cumulée de 100 Gbit/s. Selon IBM, un émetteur-récepteur photonique intégrant cette technologie pourrait, théoriquement, télécharger un film haute définition en deux secondes ou encore partager 63 millions de messages Twitter ou six millions d'images en à peine une seconde.

Faire cohabiter les photons et les électrons au cœur d’un processeur

Lors des essais, le transfert de données à cette vitesse a été effectué sur une distance de deux kilomètres. IBM compte employer cette technologie pour créer des interconnexions à très haut débit entre les composants des futurs supercalculateurs et aussi entre les serveurs des data centers qui auront à traiter un volume de données toujours plus important.

Remplacer les câbles en cuivre par la photonique pour lier les parties stockage, réseau ainsi que les serveurs entre eux au sein des data centers peut contribuer à accélérer les applications mais aussi à réduire les coûts en diminuant les alimentations et les ventilateurs de refroidissement. De quoi répondre aux exigences futures en matière de cloud computing, d'analyse de données et le développement des intelligences artificielles basées sur l'apprentissage machine. Outre la performance, la technologie d'IBM a l'avantage de pouvoir être fabriquée à partir du processus industriel standard employé pour la production des puces en silicium, ce qui ouvre la voie à une commercialisation assez rapide.

D'autant plus qu'une autre avancée qui vient elle aussi d'être rendue publique pourrait aider IBM, Intel et consorts à progresser dans le développement de processeurs photoniques encore plus puissants. Car actuellement, ces prototypes de processeurs photoniques sont en fait hybrides. Ils associent des technologies optiques avec des composants électroniques, ce qui signifie que les données qui circulent à très haute vitesse sous forme de photons dans la partie optique arrivent dans une sorte d'entonnoir lorsqu'elles redeviennent des électrons. Tout l'enjeu est donc de parvenir à réduire au maximum la part d'électronique.

Ceci est le séparateur de faisceau photonique mis au point par l’université de l’Utah. Il permet de diviser les ondes lumineuses en deux canaux pour véhiculer les informations. Il ne mesure que 2,4 x 2,4 microns et ses concepteurs affirment que l’on pourrait en intégrer plusieurs millions dans un seul processeur. © Dan Hixson, University of Utah College of Engineering

Vers une réduction des composants électroniques

Aux États-Unis, une équipe de l'université de l'Utah a réussi à créer un séparateur de faisceau photonique dont la taille est de seulement 2,4 x 2,4 microns contre 100 x 100 microns précédemment. Comme l'expliquent les chercheurs dans leur article paru dans la revue Nature Photonics, il permet de diviser les ondes lumineuses en deux canaux pour véhiculer les informations. À cette échelle, il serait possible d'intégrer plusieurs millions de séparateurs de ce type au sein d'une puce sur silicium. Combiné avec d'autres technologies optiques, ce séparateur permettra de réduire davantage la part des composants électroniques (diodes, transistors...) qui sont autant de goulets d'étranglement pour la circulation des données au cœur d'un processeur.

Et comme chez IBM, la production de ce séparateur peut se faire avec les technologies existantes de production des puces silicium. En outre, le fait de réduire la part électrique de l'architecture permet de consommer moins d'énergie et de dégager moins de chaleur. Deux avantages qui profiteraient directement à l'autonomie et aux performances des smartphones et tablettes soulignent les chercheurs. Selon eux, leur séparateur de faisceau peut être prêt dans trois ans.

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