Informatique optique : le pouvoir de la lumière

Molly Loé

@TechHQ

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• Les ordinateurs optiques fonctionnent par transfert photonique. • Ils pourraient être rapides, avec une perte de chaleur minimale pendant le transfert. • Les promesses de la technologie photonique font l'objet d'une controverse.

L’informatique optique est en passe de devenir un acteur majeur, notamment dans le domaine de l’IA. Vous seriez pardonné de n'en avoir jamais entendu parler, mais cela implique des lasers et la vitesse de la lumière, alors pourquoi ne pas en savoir plus ?

Les ordinateurs optiques, également appelés ordinateurs photoniques, effectuent des calculs numériques en utilisant – vous l’aurez deviné – des photons. Les ondes lumineuses produites par des lasers ou des sources incohérentes sont utilisées comme moyen principal pour effectuer des calculs numériques, du raisonnement, de l'intelligence artificielle, du traitement de données, du stockage de données et des communications de données pour l'informatique.

Comme tout ordinateur, un ordinateur optique a besoin de trois choses pour bien fonctionner :

L’histoire du calcul optique est liée au développement des systèmes radar. Dans les années 1960, l’invention du laser a vu la proposition des premiers projets d’ordinateur entièrement optique, et depuis les années 1990, l’accent s’est déplacé vers l’interconnexion optique de réseaux de pixels intelligents à semi-conducteurs.

Les ordinateurs traditionnels utilisent des électrons pour effectuer des calculs, mais les photons ont la capacité de permettre une bande passante plus élevée ; les faisceaux visibles et infrarouges (IR) se croisent sans interagir, contrairement aux électrons, de sorte qu'ils peuvent être limités à ce qui est effectivement un calcul bidimensionnel.

Un câblage tridimensionnel est nécessaire dans les ordinateurs traditionnels pour diriger les courants électriques les uns autour des autres. Ainsi, un ordinateur photonique peut être plus petit que son homologue plus courant. Comme l'informatique traditionnelle, les ordinateurs optiques utilisent des portes logiques et des routines binaires pour effectuer des calculs, mais la manière dont ces calculs sont effectués diffère.

L’informatique optique peut réaliser des calculs aussi efficaces et fiables que les canaux de silicium et les fils de cuivre qui permettent aux ordinateurs électroniques de fonctionner, en utilisant des nanoparticules plasmoniques. De plus, l'absence de fils physiques signifie que les ordinateurs optiques sont moins sujets aux dommages dus à la chaleur ou aux vibrations.

Les photons pouvant être facilement manipulés et contrôlés, les ordinateurs photoniques sont plus rapides et plus efficaces. Les mouvements des photons peuvent être guidés et contrôlés de manière à pouvoir prendre des virages et continuer sans perte de puissance significative. La lumière peut être facilement contenue et perd moins d'informations pendant son déplacement, ce qui est particulièrement utile dans les situations où les interconnexions peuvent chauffer, ce qui ralentit le mouvement des électrons.

Les photoniques ont un débit élevé de > 1 To/s par canal (dont il peut y en avoir plusieurs à proximité), comparé à la capacité du fil de cuivre de 1 Go/s par canal.

L’espoir est que l’utilisation de la lumière ou la navette d’informations aboutissent au développement d’ordinateurs exascale. Les ordinateurs exascale pourraient effectuer des milliards de calculs chaque seconde, 1 000 fois plus rapidement que les systèmes les plus rapides actuels.

Ainsi, nous pouvons peser les avantages et les inconvénients de ce mode alternatif comme suit :

Avantages du calcul optique :

Les inconvénients sont :

Il existe des désaccords parmi les chercheurs concernant les capacités des ordinateurs optiques. Qu'ils puissent ou non rivaliser avec les ordinateurs électroniques à semi-conducteurs en termes de vitesse, de consommation d'énergie, de coût et de taille reste une question ouverte.

Les critiques affirment que les systèmes logiques du monde réel nécessitent « une restauration du niveau logique, une mise en cascade, une sortance et une isolation entrée-sortie », qui sont toutes actuellement fournies par des transistors électroniques à faible coût, faible consommation et haute vitesse. Pour que la logique optique soit compétitive au-delà des applications de niche, des avancées majeures dans la technologie des dispositifs optiques non linéaires seraient nécessaires, voire un changement dans la nature de l'informatique elle-même.