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Des interconnexions optiques miniaturisées

Par Pierre Berlemont, publié le 03 novembre 2022

Grâce à sa maîtrise des techniques de gravure et à l’emploi d’un laser DFB, Intel entend intégrer des centaines de circuits photoniques sur une seule puce et faire exploser les bandes passantes supportées.

Cela fait déjà longtemps que les données internet ne circulent plus sur du cuivre, mais sur de la fibre optique. Elles parcourent de cette façon des distances de plusieurs centaines de kilomètres, grâce à l’adjonction de répétiteurs et de transceivers (émetteurs- récepteurs, ou transcepteurs en français) qui transforment les photons en électrons (et vice versa) à chaque extrémité du parcours.

Or Intel a décidé d’aller plus loin, en l’intégrant directement sur des processeurs. Le spécialiste américain des microprocesseurs est parvenu à graver sur du silicium une fibre à huit brins capable de supporter huit longueurs d’onde. D’où une bande passante largement plus importante que celle permise par un fil de cuivre.

L’avancée est significative. Selon Intel, les huit « couleurs » restent bien isolées, grâce à une déviation limitée à 6,5 %. La perte de puissance, d’environ 0,25 dB, est également très faible. Ces performances sont remarquables car, d’habitude, plus la fibre optique est fine, plus celles-ci se dégradent.

Pour en arriver là, Intel a aussi fait évoluer un procédé connu depuis les années 1970, le laser DFB (pour Distributed feedback, ou laser à rétroaction répartie), qui améliore les performances obtenues avec les techniques classiques de DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing, ou multiplexage par répartition en longueurs d’onde).

Du point de vue du fonctionnement, l’onde optique circule dans le guide d’ondes et les photons qui la constituent créent un champ magnétique interagissant avec les électrons du micro-anneau correspondant à leur longueur d’onde. La modulation du signal, fonction du voltage appliqué, est alors transformée en informations électroniques (0 ou 1).

“Cette nouvelle recherche démontre qu’il est possible d’obtenir une puissance de sortie bien adaptée avec des longueurs d’onde uniformes et densément espacées. Plus important encore, cela peut être réalisé en utilisant les contrôles de fabrication et de processus existants dans les usines d’Intel, ce qui garantit un chemin clair vers la production en volume de la prochaine génération d’optiques co-packagées et d’interconnexions informatiques optiques à l’échelle.”
-Haisheng Rong, ingénieur principal principal chez Intel Labs.

C’est bien la forme annulaire qui a permis cette avancée sur le silicium. Car si le métalloïde capte bien la lumière visible et le proche infrarouge (jusqu’à 1 300 nm de longueur d’onde), il était jusqu’à présent peu performant pour les longueurs d’onde dépassant 1 100 nm. Ce qui imposait l’emploi d’éléments plus rares, tel le germanium, ou de composés comme l’arséniure de gallium.

Outre l’utilisation du silicium moins coûteux, un autre gain concerne le volume occupé. Par rapport à des dispositifs comme les transceivers, il est divisé par 1 000. À terme, Intel espère ainsi pouvoir faire tenir des centaines de ces circuits photoniques (toujours limités à huit micro-anneaux) sur une seule puce pour atteindre une bande passante de 1 Tbit/s.

L’avancée s’exprime aussi sur le plan industriel : « Il est important de tirer parti de notre maîtrise des processus industriels et des mécanismes de contrôle dans nos usines. Cela nous laisse espérer une production en série rapide pour ces composants de nouvelle génération », indique Haisheng Rong, senior principal engineer chez Intel Labs.

Enfin, sobriété oblige, la consommation énergétique est bien inférieure dans une fibre optique que dans un fil métallique.


Un connecteur “plug & play” pour la photonique sur silicium

Puisque nous sommes dans l’usage des photons en lieu et place des électrons, cette annonce Intel nous donne l’occasion de revenir sur une autre innovation présentée par le constructeur/fondeur lors de sa conférence Intel Innovation 2022. Présenté par certains comme l’une des trouvailles technologiques les plus prometteuses aussi bien pour l’univers des serveurs, du stockage que du réseau, le nouveau “Intel Silicon Photonics Connector” est un connecteur permettant de relier et délier aisément un fil optique à un processeur XPU combinant circuit intégré photonique et circuit intégré électrique. La mise au point d’un tel connecteur est indispensable à une utilisation assez universelle des photons et bus optiques au sein des datacenters dès 2025.


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