La croissance énorme des volumes de données est un défi pour les technologies de l’information et de la communication. En particulier, l’apprentissage de modèles de langage de grande taille pour les applications d’intelligence artificielle est une tâche informatique gigantesque qui se heurte à un goulot d’étranglement dans la communication entre des milliers de processeurs dans d’immenses systèmes informatiques parallèles.
Les émetteurs-récepteurs optiques jouent un rôle clé dans ce processus en convertissant les informations électriques en signaux optiques qui sont ensuite transmis rapidement et efficacement via une fibre de verre ou un guide d’ondes.
Des composants en silicium ont généralement été utilisés pour la conversion des signaux dans les émetteurs-récepteurs, mais cette solution atteint ses limites car les composants en silicium pur sont trop lents pour les quantités de données qui ne cessent d’augmenter. En outre, les émetteurs-récepteurs existants consomment des quantités considérables d’énergie, ce qui se traduit par des émissions de CO2 élevées pour les modèles d’IA.
Une meilleure transmission des données avec une plus faible consommation d’énergie
Le projet ATHENS étudie de nouveaux systèmes et composants matériels pour la conversion des signaux électroniques en signaux optiques.
« Notre objectif est de rendre les émetteurs-récepteurs non seulement plus puissants, mais aussi plus efficaces, afin d’atteindre des taux de transmission de données plus élevés avec une consommation d’énergie identique, voire inférieure », a indiqué le professeur Christian Koos de l’Institut de photonique et d’électronique quantique et de l’Institut de technologie des microstructures du KIT. « Grâce au financement de la subvention Synergie du CER*, nous pouvons désormais mener à bien l’ensemble du projet ATHENS, de la sélection des matériaux appropriés à la simulation des molécules organiques et à un système de transmission fonctionnel en laboratoire. »
Combiner le silicium avec d’autres matériaux
L’équipe de quatre personnes, qui comprend, outre Koos, le professeur Stefan Bräse de l’Institut de chimie organique et de l’Institut des systèmes biologiques et chimiques du KIT, le professeur Carsten Ronning de l’université Friedrich Schiller d’Iéna et le professeur Tobias Kippenberg de l’École polytechnique fédérale de Lausanne, adopte une approche hybride en combinant le silicium avec d’autres matériaux.
« Les composants en silicium sont peu coûteux et disponibles en grandes quantités, mais leurs capacités optiques sont limitées. Pour compenser ces limites tout en continuant à bénéficier des avantages du silicium, nous combinons le silicium avec d’autres systèmes de matériaux », a ajouté M. Koos. L’une des approches testées par l’équipe est l’utilisation de matériaux organiques, c’est-à-dire de composés à base de carbone.
« Nous pouvons simuler ces molécules sur ordinateur avant de produire des matériaux présentant les caractéristiques souhaitées en laboratoire et de les imprimer sur des plaquettes de silicium », explique Stefan Bräse. Une autre méthode consiste à combiner des puces photoniques en silicium avec d’autres puces pour former des plates-formes de matériaux supplémentaires, par exemple des plates-formes cristal sur isolant dans lesquelles une fine couche monocristalline est placée sur un substrat isolant pour être ensuite transformée en composants optiques.
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Le financement renforce la position du KIT dans le domaine de la photonique
« Les progrès rapides de l’intelligence artificielle constituent un défi majeur pour le secteur des technologies de l’information. Des solutions viables doivent être trouvées rapidement », a précisé le professeur Oliver Kraft, vice-président pour la recherche au KIT.
« Je suis heureux qu’avec ATHENS, le Conseil européen de la recherche finance un projet à l’interface entre la science des matériaux et les technologies de l’information. Cette recherche renforce la position exceptionnelle du KIT dans le domaine de la photonique, qui devrait encore s’accroître avec l’achèvement du Karlsruhe Center for Optics and Photonics (KCOP). »
Avantages pour la technologie quantique et l’ingénierie médicale
Au-delà des modèles d’IA, les systèmes de matériaux hybrides pour les émetteurs-récepteurs pourraient également être utilisés dans les technologies quantiques et l’ingénierie médicale, par exemple dans les capteurs pour les dispositifs portables ou dans les applications de laboratoire optique sur puce pour l’analyse d’échantillons sanguins.
* Subvention Synergie du CER : Avec ses subventions Synergie, le Conseil européen de la recherche finance des équipes de recherche prometteuses. Ces subventions sont destinées à des projets qui ne sont possibles que grâce à la collaboration entre les scientifiques désignés et qui conduiront à des découvertes aux interfaces entre des disciplines établies et à des avancées significatives aux frontières de la connaissance. En 2024, 548 demandes de subvention ont été soumises. Le CER a sélectionné 57 projets pour des subventions Synergie. L’Allemagne participe à 34 des projets sélectionnés, ce qui représente de loin la part la plus importante. C’est la quatrième fois qu’une prestigieuse subvention Synergie du CER est attribuée à des chercheurs du KIT.
Légende illusttration: Subvention Synergie du CER pour l’équipe du projet ATHENS. De gauche à droite : Adrian Schwarzenberger, Professeur Stefan Bräse, Professeur Christian Koos, Hend Kholeif (photo : Amadeus Bramsiepe, KIT).
Source : KIT – Traduction Enerzine.com
