Des ingénieurs de l'Université technique du Danemark ont construit un nanolaser qui pourrait changer la façon dont les puces transmettent l'information, en remplaçant les signaux électriques par la lumière.
Le dispositif repose sur une nanocavité qui piège la lumière dans un espace extrêmement réduit, un design que l'équipe appelle confinement diélectrique extrême. La lumière étant si comprimée, le laser fonctionne à température ambiante et consomme très peu d'énergie. Les résultats ont été publiés dans la revue Science Advances.
La lumière au lieu des électrons
Les processeurs modernes font circuler les données sur des pistes de cuivre sous forme de courant électrique, ce qui dissipe de l'énergie en chaleur et ralentit à mesure que les signaux voyagent. Des liaisons optiques relient déjà les serveurs dans les centres de données, mais les miniaturiser sur une puce s'est révélé difficile, les lasers étant généralement bien plus grands que les transistors voisins.
Le design de la DTU franchit cette limite de taille. Des milliers de ces lasers pourraient tenir sur une seule puce, chacun envoyant des photons dans un guide d'ondes plutôt que des électrons dans un fil. « Le nanolaser ouvre la possibilité de créer une nouvelle génération de composants alliant haute performance et taille minimale », a déclaré le professeur Jesper Mork, qui a dirigé les travaux.
D'où viennent les économies
Mork estime que l'usage de nanolasers dans les ordinateurs pourrait réduire la consommation d'énergie de moitié. Le gain ne viendrait pas d'une seule amélioration mais de plusieurs à la fois : moins de chaleur résistive dans les circuits, moins de refroidissement dans les centres de données et des vitesses de transfert plus rapides permettant aux puces de finir plus tôt. Les centres de données consomment déjà une part importante et croissante de l'électricité mondiale, de sorte que de petits gains d'efficacité se traduisent par de grandes économies.
L'équipe a construit le dispositif dans la salle blanche DTU Nanolab de l'université. Le problème restant est l'alimentation. Le laser actuel est piloté optiquement, et le faire fonctionner avec un courant électrique est le prochain défi de recherche. Mork estime que cette étape pourrait prendre cinq à dix ans et ouvrirait la voie à l'informatique optique sur puce.
Au-delà de l'informatique, les chercheurs envisagent des usages en technologie de la santé, où la lumière concentrée permet une imagerie à haute résolution et des biocapteurs très sensibles.