Un élément de commutation optoélectronique atteint (théoriquement) 1.000.000 GHz

La technique de commutation optoélectronique permet d’atteindre des fréquences d’horloge allant jusqu’à 1.000.000 GHz, soit 1 pétahertz. C’est la conclusion à laquelle sont parvenues des équipes de recherche de l’université Ludwig-Maximilian, de l’institut Max-Planck pour l’optique quantique et des universités techniques de Vienne et de Graz. Ils considèrent cela comme une « limite de vitesse théorique pour les ordinateurs », c’est-à-dire pour les processeurs et les puces graphiques. Mais il faudra encore beaucoup de temps avant que l’on s’en approche pour les ordinateurs personnels.

Lors des tests, les équipes de recherche ont bombardé le fluorure de lithium avec des impulsions laser ultracourtes dans la gamme de fréquences ultraviolettes. Le fluorure de lithium est diélectrique et ne conduit l’électricité que lorsqu’il est exposé à une lumière à ondes extrêmement courtes. La tension a été appliquée à chaque fois pendant une durée suffisamment courte pour que le matériau ne développe pas de défauts, tout simplement parce qu’il n’y a pas assez de temps pour cela. Cette expérience est loin d’être un élément de commutation utilisable dans la pratique. Les résultats ont été publiés dans la revue spécialisée Nature Communications publiée par l’Institut national de la recherche scientifique.

Aucun autre matériau connu n’a une bande interdite plus large que le fluorure de lithium – il peut donc être bombardé avec les longueurs d’ondes lumineuses les plus courtes afin d’atteindre une fréquence d’horloge aussi élevée que possible. C’est ainsi que les équipes de recherche sont parvenues au maximum théorique de 1 pétahertz.

Les fabricants de puces comme Intel font des recherches sur les éléments de commutation optoélectroniques pour les processeurs depuis des décennies. Mais il s’agit avant tout d’interfaces optiques qui doivent accélérer l’échange de données entre plusieurs unités centrales. Un processeur se compose alors de plusieurs puces individuelles. L’une d’entre elles intègre les interfaces optiques et distribue les données aux autres puces, dans lesquelles se trouvent entre autres les cœurs de calcul. Cette technique est passionnante pour les centres de calcul qui couplent des dizaines de processeurs entre eux.

Lire aussi

Comme les lasers, les modulateurs de lumière et les amplificateurs, entre autres, nécessitent une technique de fabrication spéciale, il n’est pas possible de placer tous les éléments de commutation avec l’unité centrale proprement dite dans une seule puce. Même avec la répartition en chipsets, les processeurs optoélectroniques ne peuvent pas encore être fabriqués en série de manière rentable.

Un autre domaine d’application des circuits optoélectroniques est la technologie radio. La Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) du ministère américain de la Défense effectue des recherches sur les High-Electron-Mobility Transistors (HEMTs) correspondants, qui fonctionnent dans la plage d’un térahertz (1000 GHz).