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IBM crée la première puce intégrée électronique-photonique bon marché et commercialement viable – High-teK.ca

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IBM est devenue la première entreprise à intégrer des composants électriques et optiques sur la même puce, en utilisant un processus de semi-conducteur standard de 90 nm. Ces puces monolithiques intégrées permettront des interconnexions bon marché de puce à puce et d’ordinateur à ordinateur qui sont milliers fois plus rapide que les réseaux cuivre et optiques de pointe actuels. Alors que les interconnexions actuelles sont généralement mesurées en gigabits par seconde, la nouvelle puce d’IBM est déjà capable de transporter des données à des térabits par seconde et devrait évoluer à des vitesses péta et exabit.

Après plus d’une décennie de recherche, et une preuve de concept en 2010, IBM Research a enfin craqué la nanophotonique sur silicium (ou nanophotonique intégrée CMOS, CINP, pour donner son nom complet). IBM a prouvé qu’il pouvait produire ces puces selon un processus commercial et qu’elles pourraient être sur le marché d’ici quelques années. C’est principalement une grande nouvelle pour le supercalcul et le cloud, où la bande passante limitée entre les serveurs est un goulot d’étranglement majeur.

Il y a deux percées clés ici. Tout d’abord, IBM a réussi à construire une puce de silicium monolithique qui intègre à la fois des composants électriques (transistors, condensateurs, résistances) et optiques (modulateurs, photodétecteurs, guides d’onde). Monolithique signifie que la totalité de la puce est fabriquée à partir d’un seul cristal de silicium, sur une seule ligne de production ; c’est-à-dire que les composants optiques sont réalisés en même temps que les composants électriques, selon le même procédé. Il n’y a pas deux régions distinctes sur la puce qui traitent chacune des signaux différents ; les composants optiques et électriques sont tous mélangés pour former un circuit nanophotonique intégré.

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Deuxièmement, et peut-être plus important encore, IBM a fabriqué ces puces sur son processus SOI 90 nm – le même processus qui a été utilisé pour produire les processeurs Xbox 360, PS3 et Wii d’origine. Selon Solomon Assefa, un scientifique en nanophotonique chez IBM Research qui a travaillé sur cette percée, ce fut une étape très difficile. C’est une chose de produire un dispositif nanophotonique dans un environnement de laboratoire autonome, mais c’en est une autre de transformer un processus commercial existant à 90 nm en création de quelque chose pour lequel il n’a jamais été conçu. Il semble qu’IBM ait passé la majeure partie des deux dernières années à essayer de le faire fonctionner.

La récompense rend tout le travail acharné valable, cependant. IBM a maintenant une puce bon marché qui peut fournir une véritable accélération de la vitesse aux ordinateurs. Il n’est pas trop exagéré de dire que cette avancée permettra à elle seule la poursuite de la loi de Moore dans un avenir prévisible.

Puce nanophotonique en silicium d'IBM, montrant des guides d'ondes optiques (bleu) et des fils de cuivre (jaune)

Puce nanophotonique en silicium d’IBM, montrant des guides d’ondes optiques (bleu) et des fils de cuivre (jaune)

Dans ces puces, il y a des modulateurs optiques et des photodétecteurs au germanium qui peuvent envoyer et recevoir des données à 25 gigabits par seconde (Gbps), en utilisant le multiplexage par répartition d’onde (WDM) à quatre canaux. Dans l’image en haut de l’histoire, vous voyez un seul émetteur-récepteur modulateur/photodétecteur, avec un câblage en cuivre (jaune) et des transistors (points rouges à l’extrême droite). Assefa nous dit que ce bloc unique est de 0,5 × 0,5 mm et qu’IBM a construit avec succès une matrice de 5 x 5 mm avec 50 émetteurs-récepteurs. Connectez deux de ces matrices avec un Fibre Channel et vous obtenez une interconnexion avec 1,2 térabits de bande passante.

Comparez cela aux interconnexions à fibre optique existantes, qui sont généralement très volumineuses et coûteuses, et vous comprendrez pourquoi IBM est si excité. Bien que nous ne puissions même pas obtenir un chiffre approximatif d’IBM, l’utilisation d’un processus standard de 90 nm signifie que ces puces ne coûtent probablement pas plus de quelques dollars à produire. IBM cible d’abord le super et le cloud computing, où la bande passante entre les nœuds est un sérieux goulot d’étranglement – mais il n’y a aucune raison pour que ces puces ne finissent pas par se retrouver entre les mains des consommateurs.

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En fin de compte, nous parlons d’une puce informatique standard qui pourrait être intégrée à n’importe quel appareil électronique, sans impact significatif sur le prix. Assefa nous dit que cette technologie nanophotonique pourrait, en théorie, être intégrée dans les futurs CPU ou SoC. C’est la puce qui pourrait alimenter l’interconnexion optique de nouvelle génération entre le CPU, le GPU et la RAM de votre ordinateur de bureau. Il s’agit de la puce qui pourrait connecter directement votre PC au réseau à fibre optique de votre FAI, libérant potentiellement des vitesses de téléchargement de térabit ou plus. Cette puce est un gros problème.

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