Ce modulateur compact permet une transmission de données rapide et économe en énergie, et peut être produit à faible coût. (Photo : Hugo Larocque, EPFL)
Des chercheurs de l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) et de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) présentent un composant novateur permettant une transmission de données très rapide, économique et fiable grâce à une technologie de fabrication avancée. Leur nouveau modulateur électro-optique transmet efficacement les données via les câbles à fibres optiques et peut être fabriqué à faible coût en grande quantité sur des plaquettes de semi-conducteurs standard.
Ceci est important, car les applications d’intelligence artificielle et le trafic de données croissant mettent les centres de données et les réseaux de fibres optiques à rude épreuve. Les chercheurs publient leurs résultats dans la revue Nature Communications
À l’instar des puces informatiques modernes, le modulateur peut être fabriqué à l’aide de procédés de semi-conducteurs éprouvés. Les chercheurs associent le tantalate de lithium — un matériau qui guide particulièrement bien la lumière et constitue le cœur du modulateur — à une technique de fabrication de puces microélectroniques reconnue. Jusqu’à présent, ces deux technologies n’avaient jamais été utilisées conjointement. Désormais, elles permettent, pour la première fois, une production de masse fiable.
Techniques de production de masse éprouvées des millions de fois
Les modulateurs de lumière convertissent les signaux électriques en impulsions lumineuses, qui constituent déjà la base de l’internet à haut débit et sont idéaux pour les applications générant des flux de données massifs, comme l’apprentissage automatique. Cependant, le procédé de fabrication est novateur : « L’avancée majeure réside dans les électrodes en cuivre et leur méthode de fabrication », explique le professeur Christian Koos, directeur de l’Institut de photonique et d’électronique quantique (IPQ) du KIT. En effet, le cuivre conduit mieux les signaux que l’or utilisé jusqu’à présent.
De plus, il permet d’obtenir des surfaces extrêmement lisses, ce qui améliore l’efficacité du composant en réduisant les pertes d’énergie. Les électrodes en cuivre peuvent être fabriquées grâce à un procédé éprouvé des millions de fois dans la production de puces électroniques. Contrairement aux méthodes précédentes, ce procédé permet d’obtenir une surface quasi-miroir, facilitant ainsi la connexion des microprocesseurs optiques aux puces électroniques. Il en résulte non seulement une fabrication simplifiée des modulateurs, mais aussi une meilleure intégration dans les systèmes électroniques existants.
Débits de données les plus élevés et fonctionnement stable
Les tests menés par l’équipe du KIT montrent : « Le modulateur permet des débits de données très élevés et, surtout, fonctionne de manière stable sans que nous ayons à constamment corriger les réglages », explique Alexander Kotz, également d’IPQ. Il s’agit d’une avancée majeure, car un réajustement constant en fonctionnement continu est coûteux, complexifie les systèmes de transmission et consomme de l’énergie. Compte tenu des millions de composants de ce type utilisés dans les centres de données et les clusters d’IA, ce point est particulièrement crucial.
Le modulateur atteint des débits de données supérieurs à 400 gigabits par seconde, ce qui correspond à la transmission simultanée d’environ 80 000 flux HD (à 5 mégabits par seconde par flux) ou de 8 films HD complets. « Nous travaillons aux limites du possible aujourd’hui. Avec une électronique de contrôle plus performante, nous pourrions même augmenter les débits », ajoute Kotz. « Rapide, économique, fiable et industrialisable : cette combinaison rend cette technologie particulièrement attractive, notamment pour les centres de données et les clusters d’IA qui souffrent déjà de goulots d’étranglement dans les échanges de données entre processeurs », souligne Koos.
