L’IA fabrique des composants de puces jusqu’à 500 fois plus compacts : ce que ça pourrait changer

Décrite dans l'étude Inverse-designed silicon nitride nanophotonics publiée par Nature Communications, cette avancée majeure a été obtenue grâce à un algorithme de « conception inverse », qui peut imaginer des nanostructures radicalement différentes des composants dessinés à la main, et qui donne ainsi la possibilité de fabriquer des briques optiques beaucoup plus compactes, capables de libérer un espace précieux sur la puce.

Jusqu’à 500 fois moins de surface

Concrètement, les chercheurs ont d'abord défini la fonction à atteindre, puis l'intelligence artificielle a optimisé, itération après itération, la distribution de matière pour satisfaire cet objectif. Le résultat a produit des nanostructures complexes qui échappent complètement à l'intuition humaine, tout en restant fabriquables. Bien que nettement plus petits, ces motifs calculés, qui ressemblent à un entrelacs irrégulier de trous et de reliefs, contrôlent précisément la propagation de la lumière.

De cette manière, l'équipe a fabriqué et testé trois familles de composants en nitrure de silicium, à savoir des multiplexeurs en longueur d'onde, des multiplexeurs de modes spatiaux et des réflecteurs. Les premiers n'occupent que 5 × 5 à 8 × 8 micromètres carrés, soit environ 50 à 300 fois moins de surface que les dispositifs conventionnels comparables. Pour certains multiplexeurs de modes, dont l'empreinte descend à 8 × 8 micromètres carrés, la réduction atteint environ 500 fois.

Dans un second temps, les composants ont été caractérisés. Les multiplexeurs affichent des pertes d'insertion d'environ 2 dB à leurs longueurs d'onde de fonctionnement, avec une diaphonie inférieure à −10 dB. Quant aux miroirs conçus par l'algorithme, longs de seulement quelques micromètres, ils réfléchissent jusqu'à 98,5 % de la lumière incidente. Placés face à face, ils forment des cavités optiques dans lesquelles la lumière peut effectuer plus d'une centaine d'allers-retours avant de s'échapper.

Des puces photoniques nouvelle génération

En réduisant drastiquement l'encombrement des fonctions chargées de trier, séparer et réfléchir la lumière grâce à des composants 500 fois plus petits, la conception inverse pourrait permettre d'intégrer des milliards de connexions optiques sur une seule puce, en réduisant massivement la chaleur émise et la consommation électrique globale.

Cette innovation pourrait trouver des applications dans les Data centers pour accélérer les transferts de données entre les serveurs, dans les supercalculateurs et l' IA pour entraîner les futurs modèles de langage massifs grâce à une interconnexion optimale des processeurs, ou dans les télécommunications pour déployer un routage optique ultra-rapide capable de supporter l'explosion du trafic mobile mondial.