La photonique sur silicium creuse son sillon vers le cœur du calcul informatique. Intel, plus spécifiquement son département dédié à la photonique, a présenté ce mercredi 25 juin 2024 la première puce d’interconnexion optique bidirectionnelle intégrée, partageant le même support (co-packagée) avec une autre puce traditionnelle, telle un processeur central (CPU), une puce graphique (GPU) ou un système-sur-puce (SOC).
Co-packagée en compagnie d’un CPU « concept », cette puce OCI (optical compute interconnect), ainsi que la nomme Intel, avait déjà fait l’objet d’une démonstration à l’OFC (optical fiber conference), fin mars à San Diego. Intel a annoncé hier, et c’est ce qui est nouveau, que les premiers échantillons sont attendus cette année. La date de production industrielle n’est pas encore connue.
Une réponse à l'explosion de l'IA
La puce OCI fait donc le pont – un pont de très courte enjambée - entre une liaison optique, qui sert à échanger des données sur de grandes distances, et les puces qui exécutent localement les calculs sur ces mêmes données. Conçue pour équiper les datacenters et les centres de calcul intensif, elle serait un moyen de répondre à l’inflation en bande passante requise par l’IA.
« La taille des grands modèles de langage a été multipliée par 10 en 18 mois, argumente Thomas Liljeberg, en charge de la stratégie et des produits en photonique sur silicium. Les technologies actuelles ne pourront plus faire face à cette demande. »
Le rapprochement entre l’optique et les unités de calcul, qui motive aussi les équipementiers réseau avec le CPO (copackaged optics), vise en effet à rompre avec les architectures répandues aujourd’hui. Il s’agit typiquement de modules enfichables, raccordant les fibres optiques aux commutateurs réseau, ainsi que les interconnexions en cuivre subséquentes, reliant les différentes ressources informatiques à proximité.
Le compromis du cuivre et de la fibre optique
Le cuivre interdit les connexions à très haut débit sur de longues distances, à moins de multiplier des répéteurs énergivores. Pour leur part, les modules enfichables, incluant entre autres des lasers miniatures, des photodétecteurs et des modulateurs, autorisent des liaisons à très haut débit se mesurant en plusieurs dizaines de mètres dans un datacenter.
Mais ce sont des systèmes formés d’un assemblage complexe de composants individuels, et consommateurs en énergie (pour la conversion optique/électrique et vice-versa, en proie à des pertes), bien que leur intégration ait progressé ces dernières années.
La deeptech française Scintil Photonics commence ainsi à produire sa puce photonique avec lasers intégrés (débit de 800 Gbits/s puis 1,6 Tbit/s). Intel, qui avait pourtant vendu 8 millions de modules enfichables en 2022, a décidé quant à lui de tirer un trait sur cette activité fin 2023.
Intel Schéma représentant la puce OCI, superposition d'un circuit électrique intégré et d'un circuit photonique intégré. A gauche, la puce (CPU, GPU...) à laquelle est est directement reliée.
Avec cette nouvelle puce OCI, Intel tente de réunir le meilleur des deux mondes en raccourcissant autant que possible la distance entre les flux optiques et les flux électroniques. Ce sous-système est constitué d’un circuit photonique intégré (lasers, amplificateurs…) et d’un circuit électrique intégré sous-jacent, comportant notamment un micro-contrôleur.
Une consommation énergétique divisée par trois
A l’OFC, l’entreprise américaine a montré que le débit entre deux CPU, grâce à cette technologie, pouvait atteindre 4 Tbits/s dans les deux sens sur une distance d’une centaine de mètres. Sont alors mis à contribution 64 canaux de 32 Gbits/s, répartis sur 8 paires de fibre avec chacune 8 longueurs d’onde, séparées de 200 GHz.
La consommation énergétique n’est que de 5 picojoules par bit, là où un module enfichable en consomme trois fois plus. Dans sa feuille de route, l’entreprise américaine prévoit un débit de 64 Tbits/s entre 2030 et 2035.
La deeptech tricolore Ncodin pousse le concept de la photonique sur silicium encore plus loin avec son interposeur optique, interconnectant les puces (chiplets) placées dans un même package. Elle fait partie de la nouvelle cohorte européenne du programme d’accélération Intel Ignite.
