Des chercheurs ont fait une percée dans le domaine de l’informatique optique en développant une mémoire photonique à 5 bits qui permet une formation rapide et des processus hautement écoénergétiques. La nouvelle technologie laisse présager un avenir prometteur pour l’informatique optique, malgré les défis existants.
Dans une percée pour l’informatique optique, les chercheurs ont développé un schéma de modulation volatile à l’échelle de la nanoseconde intégrant un matériau à changement de phase.
Les avancées technologiques telles que la conduite autonome et la vision par ordinateur ont stimulé une augmentation significative de la demande de puissance de calcul. L’informatique optique, caractérisée par son débit élevé, son efficacité énergétique et sa faible latence, a suscité un intérêt considérable de la part des universités et de l’industrie. Cependant, les puces informatiques optiques actuelles sont gênées par leur consommation électrique et leur taille, qui limitent l’évolutivité des réseaux informatiques optiques.
La photonique intégrée non volatile est apparue pour résoudre ces problèmes, offrant aux dispositifs informatiques optiques la possibilité d’effectuer des calculs en mémoire tout en fonctionnant avec une consommation d’énergie statique nulle. Les matériaux à changement de phase (PCM), avec leur contraste d’indice de réfraction élevé entre différents états et leurs transitions réversibles, sont devenus des candidats prometteurs pour activer la mémoire photonique et les puces photoniques neuromorphiques non volatiles. Cela rend les PCM parfaitement adaptés aux puces informatiques optiques non volatiles à grande échelle.
Une nouvelle approche de la mémoire photonique intègre un matériau à changement de phase pour permettre la formation in situ des réseaux de neurones optiques. Crédit : Maoliang Wei et Kai Xu
Bien que le potentiel des puces informatiques optiques intégrées non volatiles soit passionnant, il comporte son lot de défis. L’un des principaux obstacles est l’exigence d’un changement fréquent et rapide, qui est essentiel pour la formation en ligne. Surmonter cet obstacle pour assurer une formation rapide et efficace est une étape critique pour libérer le plein potentiel des puces informatiques photoniques.
Récemment, une percée significative a été faite par des chercheurs de l’Université du Zhejiang, de l’Université Westlake et de l’Institut de microélectronique de l’Académie chinoise des sciences. Comme détaillé dans le journal Photonique avancée, ils ont développé une mémoire photonique 5 bits capable d’une modulation volatile rapide et ont proposé une solution pour un réseau photonique non volatil prenant en charge un apprentissage rapide. Cette réalisation a été rendue possible en intégrant l’antimonite PCM à faible perte (Sb2S3) dans une plate-forme photonique au silicium.
Noyau de convolution optique basé sur la mémoire photonique compatible avec la modulation volatile : (a) Architecture schématique d’un OCK 4×4. L’insert est le dispositif discret d’OCK. (b) La commutation multi-niveaux non volatile de la mémoire photonique. (c) La réponse dynamique de modulation volatile de la mémoire photonique. ( d ) Schéma de principe de l’opération de formation et d’écriture sur puce de l’OCK. (e) La précision de la prédiction après la formation in situ simulée de l’OCK. ( f ) La précision de la prédiction après la mémorisation simulée de la mémoire photonique de l’OCK. Crédit : M. Wei et al., doi 10.1117/1.AP.5.4.046004
La mémoire photonique utilise l’effet de dispersion des porteurs d’une diode PIN pour obtenir une modulation volatile avec un temps de réponse rapide inférieur à 40 nanosecondes, préservant les informations de poids stockées. Après la formation, la mémoire photonique exploite la diode PIN comme un microchauffeur pour permettre des changements de phase à plusieurs niveaux et réversibles de Sb2S3, permettant le stockage des poids entraînés dans le réseau informatique photonique. Cela conduit à un processus de calcul photonique incroyablement économe en énergie.
À l’aide de la mémoire photonique démontrée et de son principe de fonctionnement, l’équipe de recherche a simulé une architecture de noyau à convolution optique. Remarquablement, ils ont atteint plus de 95 pour cent précision dans la reconnaissance du jeu de données MNIST. Cela montre la faisabilité d’un entraînement rapide grâce à la modulation volatile et au stockage du poids grâce à une modulation non volatile 5 bits.
Cette recherche révolutionnaire ouvre la voie à un nouveau paradigme dans la mémoire photonique et offre une solution prometteuse pour la mise en œuvre de dispositifs non volatils dans des réseaux de neurones optiques à apprentissage rapide. Compte tenu de ces progrès, l’avenir de l’informatique optique semble plus brillant que jamais.
