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Photonique : bientôt des processeurs réunis par la lumière

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On peut décidément tout lui demander, au silicium... même de transmettre de la lumière. Des chercheurs d'Intel sont parvenus à transmettre l'équivalent de milliers de photos en une seule seconde. Avec de telles performances, la photonique laisse espérer des connexions ultrarapides entre circuits ou entre processeurs travaillant en parallèle.

Multiplier les processeurs pour faire travailler les ordinateurs plus vite est une solution connue depuis des lustres et dont commencent même à profiter les micros personnels. Mais le procédé a une limite : la vitesse de transmission des données entre les processeurs  ne peut plus être considérablement augmentée. Au-delà d'un certain débit, les fils de cuivre saturent comme une route nationale un jour de départs en vacances. En électronique, on sait fabriquer des autoroutes : les fibres optiques. Avec sa fréquence très élevée, la lumière transporte des flux de données à un rythme incomparablement supérieur. Mais on ne sait pas créer sur une carte mère un réseau de fibres optiques entre plusieurs processeurs, de manière commode et peu coûteuse.

Depuis des années, des recherches actives explorent la possibilité de concevoir des connexions optiques en silicium, un matériau à bas coût que l'industrie électronique sait manipuler de toutes les manières possibles. La difficulté principale réside dans le modulateur, cet élément qui fera passer l'information d'un signal électrique à un signal optique. Dans une fibre optique classique utilisée pour les liaisons à longues distances, c'est une diode laser qui effectue la conversion (et un photodétecteur dans l'autre sens, de la fibre optique vers le circuit électronique).

Avec un débit de près de quatre milliards d'octets par seconde, le modulateur d'Intel, encore à l'état de prototype, annonce l'entrée de la photonique dans les ordinateurs, par exemple pour faire travailler ensemble plusieurs processeurs. Crédit : Intel Corporation.

4 Go/s, record à battre

Chez Intel, plusieurs équipes creusent ce sujet depuis des années. En 2004, celle de Mario Paniccia, un ingénieur en photonique travaillant chez Intel, à Santa Clara, avait présenté un prototype de modulateur en silicium. Son débit de 1 gigabit/seconde (Gb/s) le laissait très loin des performances nécessaires à l'intérieur d'un ordinateur. Aujourd'hui, la même équipe annonce un débit de 30 Gb/s et annonce 40 Gb/s pour bientôt. Avec un tel débit et une bande passante de 20 GHz, il devient concevable d'insérer un équipement photonique de ce genre dans un circuit électronique. Dans le procédé mis au point par l'équipe, le faisceau laser se propage dans un guide d'onde en silicium le long duquel un conducteur transporte le signal électrique.

En 2006, une autre équipe d'Intel, en collaboration avec des scientifiques de l'université de Santa Barbara, avait présenté un montage micrométrique en phosphure d'indium capable de générer un faisceau laser au sein d'un circuit en silicium, le rayonnement produit se propageant ensuite dans un guide d'onde également en silicium.

Bref, le coup d'accélérateur donné à l'informatique par l'introduction de la lumière dans les ordinateurs se rapproche à grands pas. Elle devrait être là « dans dix ans » selon Mario Paniccia.

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