Les micropuces électroniques sont au cœur du monde moderne. Ils se trouvent dans nos ordinateurs portables, nos smartphones, nos voitures et nos appareils électroménagers. Depuis des années, les fabricants les rendent plus puissants et efficaces, qui augmente les performances de nos appareils électroniques.
Mais cette tendance vacille maintenant en raison de l’augmentation du coût et de la complexité des puces de fabrication, ainsi que des limites de performance fixées par les lois de la physique. Cela se produit tout comme il y a un besoin d’une puissance de calcul accrue en raison du boom intelligence artificielle (Ai).
Une alternative aux micropuces électroniques que nous utilisons actuellement sont les puces photoniques. Ceux-ci utilisent la lumière au lieu de électricité pour atteindre des performances plus élevées. Cependant, les puces photoniques n’ont pas encore décollé en raison d’un certain nombre d’obstacles. Maintenant, deux papiers Publié dans Nature Adresse certains de ces barrages routiers, offrant des tremplins essentiels à la réalisation de la puissance de calcul requise par des systèmes d’intelligence artificielle complexes.
En utilisant la lumière (photons) au lieu de l’électricité (électrons) pour le transport et le traitement des informations, informatique photonique promet des vitesses plus élevées et une plus grande bande passante avec une plus grande efficacité. En effet, il ne souffre pas de la perte de courant électrique en raison d’un phénomène appelé résistanceainsi que la perte de chaleur indésirable des composants électriques.
L’informatique photonique est également particulièrement adaptée pour effectuer ce que l’on appelle Multiplications matricielles – Opérations mathématiques qui sont fondamentales pour l’IA.
Ce sont quelques-uns des avantages. Les défis, cependant, ne sont pas triviaux. Dans le passé, les performances des puces photoniques ont généralement été étudiées isolément. Mais en raison de la domination de l’électronique dans la technologie moderne, le matériel photonique devra être intégré à ces systèmes électroniques.
Cependant, la conversion des photons en signaux électriques peut ralentir les délais de traitement car la lumière fonctionne à des vitesses plus élevées. L’informatique photonique est également basée sur les opérations analogiques plutôt que les opérations numériques. Cela peut réduire la précision et limiter le type de tâches informatiques qui peuvent être effectuées.
Il est également difficile de les faire évoluer à partir de petits prototypes car les circuits photoniques à grande échelle ne peuvent pas être fabriqués actuellement avec une précision suffisante. L’informatique photonique nécessitera ses propres logiciels et algorithmes, aggravant les défis de l’intégration et de la compatibilité avec d’autres technologies.
Les deux nouveaux articles de la nature abordent bon nombre de ces obstacles. Bo Peng, de la société basée à Singapour Lightellligence, et les collègues démontrent un nouveau type de processeur pour l’informatique photonique appelée moteur de calcul arithmétique photonique (PACE). Ce processeur a une faible latence, ce qui signifie qu’il existe un retard minimal entre une entrée ou une commande et la réponse ou l’action correspondante par l’ordinateur.
Le processeur à grande échelle, qui compte plus de 16 000 composants photoniques, peut résoudre des tâches informatiques difficiles, démontrant la faisabilité du système pour les applications du monde réel. Le processeur montre comment l’intégration du matériel photonique et électronique, la précision et la nécessité de différents logiciels et algorithmes peuvent être résolus. Il démontre également que la technologie peut être étendue.
Cela marque un développement significatif, malgré certaines limites de vitesse du matériel actuel.
Dans un article séparé, Nicholas Harris, de la société californienne Lightmatter, et ses collègues décrivent un processeur photonique qui a pu exécuter deux systèmes d’IA avec une précision similaire à ceux des processeurs électroniques conventionnels. Les auteurs ont démontré l’efficacité de leur processeur photonique en générant du texte de type Shakespeare, en classant avec précision les critiques de films et en jouant à des jeux informatiques Atari classiques tels que Pac-Man.
La plate-forme est également potentiellement évolutive, mais dans ce cas, les limitations des matériaux et de l’ingénierie ont utilisé une mesure de la vitesse du processeur et de ses capacités de calcul globales.
Les deux équipes suggèrent que leurs systèmes photoniques peuvent faire partie du matériel évolutif de prochaine génération qui peut prendre en charge l’utilisation de l’IA. Cela rendrait enfin la photonique viable, bien que d’autres raffinements seront nécessaires. Ceux-ci impliqueront l’utilisation de matériaux ou de conceptions plus efficaces.
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