Le réseau Internet s'agrandit chaque jour, et la quantité de calcul qu'il requiert augmente en conséquence. D'ici 2025, nous générerons environ 180 zettaoctets de données, et ces données devront être stockées et traitées quelque part.
La technologie de mise en réseau se retrouve donc dans une bataille presque constante pour fournir une architecture matérielle et logicielle pouvant prendre en charge ce déluge de données, et pour le faire à l'échelle et à moindre coût. L'un des outils puissants de son arsenal est la photonique sur silicium.
Qu'est-ce que la photonique sur silicium ?
La photonique est un domaine d'ingénierie qui concerne la manipulation des particules lumineuses ou des photons (tout comme l'électronique concerne la manipulation des électrons). La lumière voyage à la vitesse la plus rapide sur le plan physique possible, il s'agit donc d'un moyen de communication idéal.
La raison pour laquelle vous pouvez vous connecter à un appel Zoom et parler à quelqu'un à des milliers de kilomètres, sans retard perceptible, est que l'Internet encode votre message sous forme de lumière et l'envoie par câbles à fibres optiques, une technologie photonique.
La photonique sur silicium vise à prendre cette technologie en question, à la réduire et à l'appliquer non seulement aux réseaux entre les centres de données, mais aussi aux réseaux plus petits. Cela peut sembler un point mineur, mais il est important : il est estimé que le trafic est 5 fois plus important dans les centres de données qu'entre ceux-ci.
Lasers et silicium
La photonique sur silicium peut être utilisée pour augmenter de manière significative le rendement et la capacité des systèmes de calcul dans ces centres de données, et ainsi améliorer leur capacité à alimenter l'infrastructure Internet et les autres systèmes basés sur le Cloud.
La photonique sur silicium Intel est une combinaison de deux technologies puissantes, qui sont liés dans un appareil appelé émetteur-récepteur : le circuit intégré et le laser à semi-conducteur.
- Dans l'émetteur-récepteur, un module plus petit appelé un modulateur convertit les signaux électriques des circuits sur silicium en des signaux optiques. Ce modulateur fonctionne en interrompant par intermittence le parcours d'un faisceau laser. Ces interruptions fragmentent le faisceau autrement continu, conférant des signaux binaires dans le flux de lumière.
- Ces signaux sont ensuite envoyés par le biais de câbles à fibres optiques, à la vitesse de la lumière. À l'autre extrémité, un module appelé photodétecteur, situé à l'intérieur d'un autre émetteur-récepteur reçoit le signal de la lumière et le décode en un signal électrique, qui peut ensuite être lu par les circuits réceptifs.
Cela permet un transfert plus rapide des ensembles de données plus grands sur de plus longues distances. Et à quel degré cela est-il meilleur que les systèmes existants ? Eh bien, aujourd'hui, la vitesse des centres de données fait circuler autour de 100 Gbit/s. La photonique sur silicium a le potentiel de faire augmenter ce chiffre à 400 Gbit/s et au-delà.
Comment en sommes-nous arrivés là ?
Cela semble simple, mais jusqu'à récemment, il a été extrêmement difficile de générer des sources de lumière à partir du silicium. Intel a fait une percée clé en 2004, lorsque nous avons découvert comment encoder les données sur un faisceau lumineux en divisant la lumière en plusieurs canaux et en recombinant ces canaux pour créer les informations binaires nécessaires.
Ensuite, en 2012, en utilisant une technologie de modulation en anneau actualisée, Intel a produit son premier émetteur-récepteur entièrement intégré, le récepteur optique à température prolongée Intel® Silicon Photonics 100G CWDM4 QSFP28.
De plus, Intel a été en mesure d'apporter ces avancées puissantes au matériel de calcul, à l'échelle nécessaire pour augmenter véritablement les technologies de communication de la prochaine génération. Cet esprit d'innovation se poursuit aujourd'hui, avec une gamme d'émetteurs-récepteurs optiques de pointe qui apportent de nouveaux niveaux de rendement aux centres de données et aux opérations de calcul.
Et ce n'est pas tout... En raison de leur capacité à traiter la lumière et par conséquent leur capacité à alimenter les systèmes de vision par ordinateur, la photonique sur silicium a également des applications dans des domaines comme les voitures sans conducteur. En réalité, vous pouvez trouver des composants de photonique sur silicium dans les propres systèmes Lidar pour véhicules autonomes de Mobileye Intel.
L'avenir de la photonique sur silicium
Il existe toujours une tendance à réduire les systèmes photoniques pour qu'ils fonctionnent dans les puces elles-mêmes. À l'heure actuelle, il existe des obstacles majeurs à cela. La première est que la photonique sur silicium a besoin d'une source de lumière pour fonctionner, et le silicium est physiquement incapable d'émettre de la lumière.
Par conséquent, la photonique à l'intérieur de puces purement en silicium est actuellement impossible. La photonique sur silicium contemporaine utilise donc une source de lumière externe pour générer le faisceau, mais cela empêche d'amener l'échelle au niveau de la puce.
Mais l'avenir reste radieux pour la photonique sur silicium. La croissance Internet ne présentant aucun signe de ralentissement, il incombe aux centres de données et aux réseaux numériques de suivre le mouvement. Avec le développement continu de la photonique sur silicium, Intel participe à la mission visant à garantir que le réseau Internet garde une longueur d'avance sur la demande dans un monde numérique en constante évolution.