IBM a réussi à appliquer les principes de la fibre optique à l’échelle des processeurs. Cette prouesse vise à améliorer les communications internes dans les dispositifs électroniques tout en réduisant la consommation énergétique des processeurs. La pièce maîtresse de la technologie est un « guide d’ondes optiques », dont l’utilisation augmente le débit de transmission de données de 80 %.
Les chercheurs d’IBM ont conçu une technologie innovante permettant de transmettre des données entre composants plus rapidement dans les centres de données. Ils ont mis au point des « guides d’ondes optiques en polymère », des dispositifs permettant de diriger avec précision les faisceaux lumineux pour transporter les informations (comme le fait une fibre optique) entre les puces.
Ces guides d’ondes s’inscrivent dans le cadre de systèmes optiques co-emballés (ou CPO, pour « co-packaged optics »), une approche intégrant directement des composants optiques et des puces électroniques sur un même substrat. Avec cette technologie, IBM vise à optimiser les échanges entre les puces tout en réduisant les pertes énergétiques.
Les chercheurs estiment que leur innovation pourrait considérablement améliorer la transmission des données de tout dispositif informatique, notamment dans les centres de données. Cette technologie pourrait également profiter au secteur de l’intelligence artificielle, en accélérant l’entraînement des modèles tout en réduisant les coûts énergétiques associés.
Passer des interconnexions électriques aux interconnexions optiques
À l’intérieur des centres de données, les connexions internes entre les puces des cartes de circuits imprimés et d’autres composants reposent aujourd’hui sur des fils de cuivre transportant des signaux électriques. Ce mode de fonctionnement présente plusieurs limites, à commencer par une consommation énergétique élevée. Par ailleurs, ces fils peuvent devenir un véritable goulot d’étranglement en raison de leur faible bande passante. Résultat : les accélérateurs graphiques (GPU) doivent parfois attendre les données nécessaires à leur traitement, ce qui engendre des pertes de temps et un gaspillage d’énergie.
Pour remédier à ces problèmes, IBM propose son module CPO. « Comme nous le savons tous, la meilleure technologie de communication est la fibre optique, et c’est pourquoi elle est utilisée partout ailleurs pour les communications longue distance », a expliqué Mukesh Khare, directeur général d’IBM, lors d’une conférence de presse consacrée à la technologie. Dans un communiqué, l’entreprise précise que ce dispositif permet une bande passante largement supérieure à celle obtenue avec une transmission électrique, réduisant ainsi le temps d’inactivité des GPU et accélérant le traitement des données.
Optimisation de la densité de transmission
Bien que les fibres optiques soient extrêmement fines, leur regroupement peut rapidement occuper une place importante sur une puce de petite taille. Par exemple, quatre fibres de 250 microns de diamètre occupent un millimètre. IBM a surmonté cet obstacle avec son guide d’ondes en polymère, qui permet une organisation beaucoup plus compacte des fibres. Les chercheurs ont ainsi réussi à multiplier par six la densité de transmission, par rapport aux technologies comparables existantes, augmentant considérablement la capacité de transfert de données.
Cette innovation permet d’intégrer jusqu’à 51 canaux de transmission optique par millimètre sur la bordure de chaque puce. En conséquence, les débits de transmission obtenus grâce aux guides d’ondes optiques sont 80 fois plus élevés que ceux obtenus avec des connexions électriques traditionnelles. Par ailleurs, l’assemblage du système limite considérablement les pertes de lumière lors des transmissions.
IBM affirme que ses dispositifs ont passé avec succès tous les tests de résistance requis pour la fabrication. Les prototypes ont été soumis à des conditions extrêmes, avec des températures variant entre -40 °C et 125 °C, ainsi qu’à de hauts niveaux d’humidité. Les interconnexions optiques ont également été éprouvées pour vérifier leur flexibilité et leur robustesse mécanique.