Des puces dont la consommation d’énergie chute à des niveaux de femtowatts

Les scientifiques de l’Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk (DGIST), en collaboration avec l’Institut avancé des sciences et technologies de Corée (KAIST), ont intégré avec succès des systèmes microélectromécaniques (MEMS) dans des circuits photoniques programmables (PPICs).

Cette intégration représente une étape significative dans le développement de technologies de traitement de la lumière pour des applications comme le calcul, la détection et la signalisation.

Leur travail, publié dans la revue Nature Photonics, souligne l’importance de cette technologie pour des domaines aussi variés que l’intelligence artificielle, les réseaux neuronaux, l’informatique quantique et les communications.

« Les processeurs photoniques programmables promettent de surpasser les superordinateurs conventionnels en offrant des capacités de calcul plus rapides, plus efficaces et massivement parallèles« , précise Sangyoon Han, de l’équipe du DGIST.

Les MEMS sont des composants minuscules capables de convertir des changements optiques, électroniques et mécaniques, essentiels au fonctionnement des circuits intégrés. Les chercheurs pensent être les premiers à intégrer des technologies MEMS photoniques à base de silicium dans des puces PPIC fonctionnant avec des besoins en énergie extrêmement faibles.

Réduction de la consommation d’énergie et miniaturisation

Les scientifiques ont réussi à réduire considérablement la consommation d’énergie des PPICs, atteignant des niveaux de femtowatts, soit une amélioration de plus d’un million de fois par rapport aux technologies précédentes. Cette avancée permet également de produire des puces jusqu’à cinq fois plus petites que les options existantes.

Une innovation clé a été de s’éloigner des systèmes thermo-optiques dominants qui dépendent des changements de température, en faveur de mouvements mécaniques minuscules alimentés par des forces électrostatiques.

« Notre innovation a permis de réduire considérablement la consommation d’énergie à des niveaux de l’ordre du femtowatt, ce qui représente une amélioration de plus d’un million de fois par rapport à l’état antérieur de la technique« , explique encore Sangyoon Han.

Vers une commercialisation et des applications pratiques

Le processus de fabrication innovant est compatible avec la technologie conventionnelle des plaquettes de silicium, ce qui est essentiel pour la production à grande échelle et les applications commerciales.

L’équipe prévoit désormais de peaufiner leur technologie pour construire et commercialiser un ordinateur photonique surpassant les ordinateurs électroniques traditionnels dans une grande variété d’applications.

Les utilisations spécifiques envisagées incluent les tâches d’inférence en intelligence artificielle, le traitement avancé d’images et la transmission de données à large bande.

En synthèse

Les circuits photoniques programmables se positionnent à l’avant-garde de la technologie computationnelle, avec des implications profondes pour l’avenir de l’informatique. La réduction drastique de la consommation d’énergie et la miniaturisation des composants ouvrent des perspectives encourageantes pour l’innovation technologique et les applications pratiques.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un circuit photonique programmable (PPIC) ?

Un PPIC est un microcircuit qui traite les ondes lumineuses pour des applications de calcul, de détection et de signalisation, et dont les fonctions peuvent être programmées pour répondre à divers besoins.

Quel est le rôle des systèmes microélectromécaniques (MEMS) dans les PPICs ?

Les MEMS sont des composants qui convertissent les changements optiques, électroniques et mécaniques pour réaliser les fonctions de communication et mécaniques nécessaires à un circuit intégré.

Quels sont les avantages de la réduction de la consommation d’énergie dans les PPICs

Une consommation d’énergie réduite permet une amélioration significative de l’efficacité énergétique et une réduction de la taille des composants, ce qui est crucial pour le développement de technologies avancées.

Comment cette technologie influence-t-elle l’avenir de l’informatique ?

Elle promet de dépasser les capacités des superordinateurs conventionnels en offrant des capacités de calcul plus rapides, plus efficaces et massivement parallèles.

Quelles sont les prochaines étapes pour les chercheurs du DGIST ?

Ils envisagent de raffiner leur technologie pour construire et commercialiser un ordinateur photonique qui surpasse les ordinateurs électroniques dans diverses applications.

Références

Article : « Programmable photonic arrays based on microelectromechanical elements with femtowatt-level standby power consumption » – DOI: s41566-023-01327-5