Innovation des laboratoires d'IBM : Holey Optochip, la première puce à transférer mille milliards de bits d'informations par seconde grâce à la puissance de la lumière

LOS ANGELES, March 9, 2012 /PRNewswire/ --

• Les chercheurs développent une nouvelle technique en réalisant de minuscules trous dans une puce de 0,63 cm (un quart de pouce) pour augmenter les débits de transfert des données
• Jusqu'à présent, il n'était pas possible de transférer des térabits de données avec la technologie existante de communications optiques parallèles
• Le nouveau prototype assure la transmission compacte et efficace d'une bande passante d'interconnexion à très haut débit pour les futures applications de centres de données et de super-ordinateur.

IBM (NYSE: IBM) les scientifiques communiqueront aujourd'hui un rapport sur un prototype de chipset optique baptisé « Holey Optochip », premier émetteur-récepteur optique parallèle pouvant transférer mille milliards de bits (un térabit) d'informations par seconde, soit l'équivalent du téléchargement de 500 films haute définition. Le rapport sera présenté lors de l'Optical Fiber Communication Conference qui se tient à Los Angeles.

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Avec la possibilité de transférer des informations à des vitesses fulgurantes (huit fois plus rapidement que les composants optiques parallèles actuellement disponibles), cette découverte pourrait transformer la manière dont on accède, partage et utilise les données pour passer à une nouvelle ère de communication, informatique et de divertissement. La vitesse brute d'un émetteur-récepteur est équivalente à celle de la bande passante consommée par 100 000 utilisateurs sur un accès Internet haut débit de type 10 Mb/s. Ainsi, seule une heure environ serait nécessaire pour transférer la totalité des archives web de la Bibliothèque du Congrès américain via l'émetteur-récepteur.

Les progrès dans le domaine des communications optiques sont soutenus par une explosion de nouveaux services et applications, la quantité de données créées et transmises sur les réseaux d'entreprises et de consommateurs ne cessant de croître. À un térabit par seconde, la dernière avancée d'IBM en matière de technologie de puce optique fournit des quantités de bande passante sans précédent qui pourraient un jour permettre de charger des données comme des messages sur les réseaux sociaux, des vidéos et des photos numériques publiées en ligne, des capteurs utilisés pour recueillir des informations sur le climat et des dossiers de transaction d'achats en ligne.

« Atteindre mille milliards de bits par seconde constitue avec le Holey Optochip la dernière étape d'IBM dans le développement des émetteurs-récepteurs à l'échelle d'une puce qui peuvent gérer le volume du trafic dans l'ère des gros volumes de données », a expliqué Clint Schow, chercheur chez IBM et membre de l'équipe qui a élaboré ce prototype. « Nous cherchons activement à atteindre des niveaux plus élevés d'intégration, de rendement énergétique et de performances pour tous les composants optiques par l'intermédiaire d'innovations au niveau des circuits et du conditionnement. Nous souhaitons renforcer la technologie pour la commercialisation au cours de la prochaine décennie avec la collaboration de nos partenaires fabricants ».

Les réseaux optiques offrent le potentiel d'améliorer significativement les débits de transfert des données en accélérant le flux de données au moyen d'impulsions de lumière plutôt que d'envoyer des électrons par câbles. Pour cette raison, des chercheurs s'efforcent de trouver des moyens pour utiliser les signaux optiques dans les techniques de fabrication de puce à faible coût et haut volume standard pour assurer une utilisation à grande échelle.

En partant d'une nouvelle approche, les scientifiques des laboratoires IBM ont développé le Holey Optochip en réalisant 48 trous dans une puce CMOS en silicium Les trous permettent l'accès optique par le dos de la puce aux 24 canaux récepteurs et aux 24 canaux émetteurs pour produire un module optique ultra compact, haute performance et à haut rendement énergétique capable d'assurer des débits de transfert de données record.

La compacité et la capacité de communication optique sont devenues indispensables dans la conception de systèmes gérant de grands volumes de données. Dans cette optique, le module Holey Optochip est conçu avec des composants disponibles actuellement dans le commerce, offrant ainsi la possibilité de réaliser des économies d'échelle.

En ligne avec les initiatives informatiques « vertes », le Holey Optochip atteint une vitesse record avec un rendement énergétique (quantité d'énergie nécessaire pour transmettre un bit d'information) qui compte parmi les meilleurs jamais enregistrés. L'émetteur-récepteur consomme moins de cinq watts ; l'énergie consommée par une ampoule de 100 W pourrait alimenter 20 émetteurs-récepteurs. Ce progrès concernant les interconnexions à haut rendement énergétique est nécessaire pour permettre aux entreprises d'adopter une informatique haute performance afin de gérer leur charge énergétique tout en exécutant des applications puissantes comme l'analyse, la modélisation des données et la prévision.

En démontrant des niveaux de performances inégalés, le Holey Optochip prouve que des interconnexions à faible puissance et haut débit sont faisables à court terme et que l'optique est le seul moyen de transmission qui puisse répondre à la demande mondiale croissante pour le haut débit. L'avenir de l'informatique s'appuiera fortement sur la technologie de puce optique pour faciliter le développement des données volumineuses et du cloud computing et avancer vers la nouvelle génération d'applications de centres de données.

Aspects techniques du Holey Optochip

L'optique parallèle est une technologie de fibre optique destinée principalement aux systèmes de fibres multimodes de courte portée à haut volume de données, qui mesurent généralement moins de 150 mètres. L'optique parallèle diffère de la communication sérielle par fibre optique duplex par le fait que les données sont transmises et reçues simultanément sur des fibres optiques multiples.

Un émetteur-récepteur IC IBM CMOS unique à 90 nanomètres avec 24 circuits récepteurs et 24 circuits émetteurs devient un Holey Optochip avec la réalisation de 48 trous à travers le silicium, ou de « voies optiques », une pour chaque canal émetteur et récepteur. Le simple post-traitement sur des tranches CMOS complètes avec tous les périphériques et les niveaux de câblage standard crée une tranche entière peuplée de puces Holey Optochip. La puce émetteur-récepteur ne mesure que 5,2 mm x 5,8 mm. Les matrices de photodiodes et VCSEL (laser à cavité verticale et à émission par la surface) 24 canaux, 850-nm standard sont directement soudées par assemblage inversé à la puce Optochip. Ce conditionnement direct produit des moteurs optiques hautes performances aux dimensions d'une puce. Les puces Holey Optochip sont conçues pour coupler directement à un réseau de fibres multimodes 48 canaux un système optique efficace à microlentille qui peut être assemblé avec des outils classiques de conditionnement à haut volume.

Autres temps forts de la Conférence OFC

Toujours à la Conférence OFC, les chercheurs IBM présentent les avancées suivantes :

• Deux liaisons optiques qui présentent les meilleurs rendements énergétiques à ce jour. Soutenu par une nouvelle conception de récepteur, un lien complet à canal unique basé sur VCSEL a atteint un débit de 15Gb/s en ne consommant que 20 milliwatts. Cela représente la première démonstration pratique d'une interconnexion optique qui atteint les niveaux d'efficacité qui seront nécessaires pour les ordinateurs « exascale » à horizon 2020.
• Un lien optique complet à canal unique de 40 Gb/s basé sur VCSEL qui ne constitue pas seulement une nouvelle référence en termes de vitesse, mais fonctionne aussi à ce haut débit de données avec une marge importante. La pré-distorsion de l'émetteur pour de meilleures performances du lien de bout en bout, une technique d'égalisation lancée par IBM, a permis cette découverte.

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