Des chercheurs créent une puce IA ultra-compacte fonctionnant à la vitesse de la lumière

Des chercheurs australiens ont développé une puce d’intelligence artificielle (IA) ultra-compacte capable d’effectuer des calculs en utilisant la puissance de la lumière, à la vitesse de la lumière. Le prototype de puce photonique nanométrique, qui exploite la puissance des particules lumineuses (photons), a été entièrement conçu sur place au Sydney Nano Hub de l’Université de Sydney.

Les chercheurs affirment que ce prototype pourrait jouer un rôle important dans le développement de matériel informatique pour l’IA plus économe en énergie, alors que la demande mondiale en intelligence artificielle continue de croître, permettant potentiellement de réduire l’empreinte énergétique globale des futurs systèmes informatiques.

Les puces informatiques traditionnelles utilisent l’électricité pour traiter l’information, ce qui implique de déplacer de minuscules particules chargées (électrons) à travers des fils. Cela produit de la chaleur.

Le prototype de puce photonique nanométrique utilise la lumière. La lumière peut se déplacer à travers les matériaux sans résistance électrique, elle ne génère donc pas de chaleur de la même manière que l’électricité. Lorsque la lumière traverse les nanostructures à l’intérieur du prototype de puce, ces structures effectuent automatiquement le calcul.

La nanostructure sur la puce occupe plusieurs dizaines de micromètres, soit une largeur comparable à celle d’un cheveu humain. Les nanostructures contribuent ensemble à former un réseau neuronal : des neurones artificiels qui imitent le cerveau humain pour reconnaître et effectuer des calculs.

Le prototype effectue des calculs à l’échelle de la picoseconde, soit des milliardièmes de seconde – le temps que met la lumière à traverser la nanostructure.

Les chercheurs expliquent que l’avantage d’utiliser la photonique est que le calcul est beaucoup plus rapide, se produisant à la vitesse de la lumière. La technologie utilise également la lumière pour fonctionner au lieu de l’électricité. Ceci contraste avec les centres de données actuels qui dépendent d’énormes quantités d’eau et d’énergie pour fonctionner.

« Nous avons repensé la manière dont la photonique peut être utilisée pour concevoir de nouvelles puces de traitement informatique économes en énergie et ultrarapides », explique la professeure Xiaoke Yi, de l’École de génie électrique et informatique et directrice du Photonics Research Group.

« L’intelligence artificielle est de plus en plus limitée par la consommation d’énergie. Cette recherche effectue des calculs neuronaux en utilisant la lumière, permettant des accélérateurs d’IA plus rapides, plus économes en énergie et ultra-compacts », souligne-t-elle.

Publiée dans Nature Communications, l’étude démontre comment les modèles d’IA peuvent être intégrés dans des structures photoniques à l’échelle nanométrique qui manipulent la lumière pour effectuer les opérations mathématiques requises par l’apprentissage automatique.

Pour valider la technologie, les chercheurs ont entraîné la puce photonique nanométrique à classer plus de 10 000 images biomédicales, telles que des IRM du sein, du thorax et de l’abdomen.

Lors de simulations et d’expériences, le réseau neuronal photonique nanométrique a atteint une précision de classification d’environ 90 à 99 %.

Cette technologie ouvre une voie vers une infrastructure d’IA durable capable de répondre aux demandes croissantes de calcul sans augmentation proportionnelle de la consommation d’énergie.

Un matériel d’IA durable, plus performant, plus rapide, plus robuste

La photonique, abréviation d’électronique basée sur les photons, est l’étude du contrôle des particules lumineuses. Elle est utilisée pour alimenter des technologies que nous utilisons quotidiennement, comme les lasers, les réseaux à fibres optiques et l’imagerie médicale.

Mais l’utilisation de la photonique pour le traitement informatique n’a été explorée que ces dernières années, avec une urgence croissante face à la montée en puissance de la demande en IA.

Joel Sved, étudiant en doctorat qui a joué un rôle clé dans la conception et la mise en œuvre du prototype, explique que ce dernier montre comment l’intelligence peut être directement intégrée dans des structures photoniques à l’échelle nanométrique.

Depuis plus d’une décennie, le Photonics Research Group de l’Université de Sydney a une longue histoire dans l’étude des moyens de repousser les limites de la photonique, notamment pour améliorer notre technologie.

Cela inclut l’utilisation de la photonique pour relever des défis dans les communications sans fil et les technologies de détection avancées capables de détecter et de mesurer des traces chimiques ou biologiques dans l’environnement.

Suite aux tests réussis du prototype de puce photonique nanométrique, l’équipe de la professeure Yi travaille désormais à faire progresser la technologie vers des réseaux neuronaux photoniques à plus grande échelle.

Journal : Nature Communications – DOI : Lien vers l’étude

Source : Sydney U.