Après des années de développement, une technologie utilisant la lumière au lieu de l’électricité commence à réaliser des tâches conventionnelles, menaçant ainsi de révolutionner l’informatique traditionnelle.

À une époque où la Loi de Moore a perdu de son efficience et où les transistors approchent de leurs limites physiques, l’industrie technologique explore de nouvelles voies pour booster la capacité de calcul. Bien que les ordinateurs quantiques retiennent l’attention par leur potentiel disruptif, les processeurs photoniques, utilisant la lumière plutôt que l’électricité, ont franchi une étape déterminante : ils sont désormais capables de réaliser des tâches conventionnelles avec des performances comparables à celles des CPU actuelles.

Au cours des dernières semaines, deux avancées indépendantes ont retenu l’attention de la communauté scientifique. L’entreprise singapourienne Lightelligence a démontré que son processeur PACE (Photonic Arithmetic Computing Engine) pouvait résoudre des problèmes d’Ising, largement utilisés dans des applications logistiques et d’optimisation. De leur côté, les chercheurs américains de Lightmatter ont réussi à exécuter des tâches de génération de texte avec l’IA BERT sur leur puce photonique Envise.

Ces deux cas marquent un tournant : pour la première fois, les puces photoniques ne brillent plus seulement dans des applications expérimentales, mais commencent à prouver leur viabilité dans les usages quotidiens du calcul.

Qu’est-ce qu’un processeur photonique ?

Contrairement aux CPU traditionnelles, qui traitent l’information par le mouvement d’électrons à travers des transistors, les processeurs photoniques utilisent des photons — des particules de lumière — pour coder et transmettre des données. Cette technologie n’est pas nouvelle : la fibre optique, largement utilisée dans les télécommunications, transporte déjà des informations par des impulsions de lumière. Cependant, intégrer cette capacité dans une puce de calcul a constitué un défi majeur qui commence à être surmonté.

Avantages clés des puces photoniques

Les avantages du traitement avec la lumière par rapport à l’électricité sont nombreux :

• Vitesse : les photons se déplacent plus rapidement que les électrons, ce qui réduit considérablement la latence.
• Efficacité énergétique : ne rencontrant pas la résistance des matériaux, les photons génèrent beaucoup moins de chaleur. Cela diminue la consommation d’énergie et minimise les besoins en refroidissement.
• Densité de données : cette technologie permet des canaux parallèles et une plus grande bande passante, facilitant la transmission de grands volumes d’information sans goulets d’étranglement.

Selon des chercheurs de l’Université de Columbia, les avancées récentes en matière de puces photoniques intégrées avec des circuits CMOS traditionnels permettent d’atteindre des vitesses allant jusqu’à 800 Gb/s avec des densités de 5,3 Tb/s/mm², un bond notable pour les applications d’intelligence artificielle et d’informatique à hautes performances.

Des prototypes au marché

Bien qu’elles ne soient pas encore prêtes à remplacer les CPU conventionnelles, les premières applications commerciales des processeurs photoniques sont proches. Le modèle PACE de Lightelligence peut déjà être installé dans n’importe quel PC via une carte avec connecteur PCIe. Les premiers usages réels sont attendus dans des tâches spécifiques d’accélération, comme l’inférence en IA, l’optimisation logistique et le traitement de signaux.

Selon Bo Peng, fondateur de Lightelligence, “nous sommes en phase de préproduction et nous prévoyons les premières implémentations réelles dans les mois à venir.” Sa stratégie consiste à proposer des puces photoniques comme coprocesseurs travaillant en tandem avec des CPU traditionnels, allégeant des charges spécifiques et améliorant l’efficacité globale du système.

Un écosystème en construction

Au-delà de Lightelligence et de Lightmatter, le secteur de la photonique intégrée prend de l’ampleur à travers le monde. Des matériaux tels que le phosphure d’indium (InP), le nitrure de silicium (SiN), ou les plateformes de silicium photonique (SiPh) permettent de fabriquer des composants optiques capables de s’intégrer avec l’électronique conventionnelle.

Les centres de recherche de référence dans ce domaine incluent l’Université de Californie à Santa Barbara, l’Institut de technologie d’Eindhoven ou l’Université technique du Danemark, où un record mondial a été établi avec la transmission de 1,84 petabit par seconde sur une seule puce photonique.

De plus, la photonique ne se limite pas à l’informatique : elle est déjà appliquée en médecine (diagnostic optique non invasif), en agriculture (capteurs pour détecter des maladies dans les cultures) et dans l’automobile (LIDAR et communication véhicule-infrastructure par la lumière).

Photonique vs. informatique quantique : rivalité ou coexistence ?

Bien qu’elles partagent l’objectif de dépasser les limites de l’informatique traditionnelle, les processeurs photoniques et quantiques reposent sur des bases très différentes. Tandis que les ordinateurs quantiques exploitent des états de superposition et d’intrication pour traiter l’information de manière probabiliste, les puces photoniques sont basées sur des principes physiques plus conventionnels et sont plus facilement intégrables dans des environnements informatiques actuels.

De ce fait, de nombreux experts prévoient un avenir où les deux technologies coexisteront : l’informatique quantique pour des problèmes hautement spécialisés et la photonique pour accélérer des tâches intensives en données au sein d’infrastructures déjà existantes.

Un avenir de plus en plus proche

Avec les premières épreuves réelles franchies et des entreprises leaders travaillant à leur commercialisation, l’informatique photonique entre dans une nouvelle phase. Le défi actuel consiste à industrialiser la production, réduire les coûts et construire des écosystèmes logiciels compatibles permettant aux développeurs d’exploiter tout son potentiel.

En attendant, les CPU électroniques continueront à jouer leur rôle, mais leur règne commence à montrer des fissures. Si le progrès de la photonique maintient son rythme actuel, nous pourrions être témoins de la plus grande révolution de l’histoire récente de l’informatique.

Comme elle l’a fait pour les télécommunications, la lumière pourrait être la clé du prochain grand bond en avant dans le domaine de l’informatique.