Marie Leroy
Les puces photoniques ont révolutionné les systems gourmandes en données. Seuls ou de live performance avec des circuits électroniques traditionnels, ces dispositifs alimentés par laser envoient et traitent des informations à la vitesse de la lumière, ce qui en fait une alternative prometteuse pour les programs gourmandes en données de l’intelligence artificielle.
En in addition de leur rapidité incomparable, les circuits photoniques consomment nettement moins d’énergie que les circuits électroniques. Les électrons se déplacent relativement lentement à travers le matériel, entrant en collision avec d’autres particules et générant de la chaleur, tandis que les photons circulent sans perdre d’énergie, ne générant aucune chaleur. Libérée de la perte d’énergie inhérente à l’électronique, la photonique intégrée est sur le stage de jouer un rôle de leading plan dans l’informatique long lasting.
La photonique et l’électronique s’appuient sur des domaines scientifiques distincts et utilisent des constructions architecturales distinctes. Cependant, les deux s’appuient sur la lithographie pour définir leurs éléments de circuit et les connecter de manière séquentielle. Alors que les puces photoniques n’utilisent pas les transistors qui peuplent les rainures de additionally en moreover réduites et de furthermore en furthermore stratifiées des puces électroniques, leur motif lithographique complexe guide les faisceaux laser à travers un circuit cohérent pour previous un réseau photonique capable d’exécuter des algorithmes de calcul.
Mais maintenant, pour la première fois, des chercheurs de l’École d’ingénierie et de sciences appliquées de l’Université de Pennsylvanie ont créé un dispositif photonique qui fournit un traitement programmable de l’information sur puce sans lithographie, offrant la vitesse de la photonique augmentée par une précision et une flexibilité supérieures pour les programs d’IA..
Réalisant un contrôle inégalé de la lumière, ce dispositif se compose d’un obtain et d’une perte optiques répartis dans l’espace. Les lasers projettent de la lumière directement sur une plaquette semi-conductrice, sans avoir besoin de voies lithographiques définies.
Liang Feng, professeur aux départements de science et génie des matériaux (MSE) et de systèmes et génie électriques (ESE), avec un doctorat. l’étudiant Tianwei Wu (MSE) et les boursiers postdoctoraux Zihe Gao et Marco Menarini (ESE), ont présenté la micropuce dans une étude récente publiée dans Nature Photonics.
Les systèmes électroniques à base de silicium ont transformé le paysage informatique. Mais ils ont des limites claires : ils sont lents à traiter le signal, ils traitent les données en série et non en parallèle, et ils ne peuvent être miniaturisés que dans une certaine mesure. La photonique est l’une des alternatives les furthermore prometteuses auto elle permet de pallier toutes ces lacunes.
“Mais les puces photoniques destinées aux purposes d’apprentissage automatique sont confrontées aux hurdles d’un processus de fabrication complexe où le motif lithographique est fixe, limité dans la reprogrammabilité, sujet à des erreurs ou à des dommages et coûteux”, explique Feng. “En supprimant le besoin de lithographie, nous créons un nouveau paradigme. Notre puce surmonte ces obstructions et offre une précision améliorée et une reconfigurabilité ultime compte tenu de l’élimination de toutes sortes de contraintes des fonctionnalités prédéfinies.”
Sans lithographie, ces puces deviennent des centrales de traitement de données adaptables. Parce que les motifs ne sont pas prédéfinis et gravés, le dispositif est intrinsèquement exempt de défauts. Peut-être additionally impressionnant encore, l’absence de lithographie rend la puce reprogrammable de manière impressionnante, able d’adapter ses modèles de moulage au laser pour des performances optimales, que la tâche soit straightforward (peu d’entrées, petits ensembles de données) ou complexe (beaucoup d’entrées, grands ensembles de données).
En d’autres termes, la complexité ou le minimalisme de l’appareil est une sorte de selected vivante, adaptable d’une manière qu’aucune puce électronique gravée ne pourrait l’être.
“Ce que nous avons ici est quelque chose d’incroyablement very simple”, déclare Wu. “Nous pouvons le construire et l’utiliser très rapidement. Nous pouvons l’intégrer facilement à l’électronique classique. Et nous pouvons le reprogrammer, en modifiant les motifs laser à la volée pour obtenir un calcul reconfigurable en temps réel pour la formation sur puce d’un réseau d’IA.”
Une dalle de semi-conducteur sans prétention, l’appareil ne pourrait pas être additionally easy. C’est la manipulation des propriétés matérielles de cette dalle qui est la clé de la percée de l’équipe de recherche dans la projection de lasers dans des modèles dynamiquement programmables pour reconfigurer les fonctions informatiques du processeur d’informations photoniques.
Cette reconfigurabilité ultime est essentielle pour l’apprentissage automatique en temps réel et l’IA.
« La partie intéressante », dit Menarini, « est la façon dont nous contrôlons la lumière. Les puces photoniques conventionnelles sont des systems basées sur un matériau passif, ce qui signifie que son matériau diffuse la lumière, la faisant rebondir d’avant en arrière. Notre matériau est actif. modifie le matériau de sorte que lorsque le faisceau de signal arrive, il peut libérer de l’énergie et augmenter l’amplitude des signaux.”
« Cette character active est la clé de cette science et la resolution requise pour réaliser notre technologie sans lithographie », ajoute Gao. “Nous pouvons l’utiliser pour rediriger les signaux optiques et programmer le traitement des informations optiques sur puce.”
Feng look at la technologie à un outil artistique, un stylo pour dessiner des pictures sur une site blanche.
“Ce que nous avons réalisé est exactement le même : pomper la lumière est notre stylo pour dessiner le réseau de calcul photonique (l’image) sur un morceau de plaquette semi-conductrice sans motif (la web site vierge).”
Mais contrairement aux lignes d’encre indélébiles, ces faisceaux de lumière peuvent être dessinés et redessinés, leurs motifs traçant d’innombrables chemins vers le futur.
