La lumière voyage vite – parfois un peu trop vite en ce qui concerne le traitement des données.

Publié aujourd'hui, notre article décrit une nouvelle conception de puce mémoire qui nous permet de ralentir temporairement la lumière à une vitesse gérable pour un meilleur contrôle du traitement informatique.

Les paquets de lumière ont été stockés avec succès sous forme d'ondes sonores aiguës - environ 1, 000 fois plus élevé que les ultrasons – dans un fil sur une puce électronique. Environ 100 fois plus fin qu'un cheveu humain, les minuscules fils ont été conçus pour guider les ondes lumineuses ainsi que les ondes sonores à haute fréquence, connu sous le nom d'hyper-son.

C'est la première fois que cela est atteint.

Le retard du paquet d'informations transféré est causé par la grande différence de vitesse de déplacement entre la lumière et le son. C'est quelque chose que nous vivons chaque fois que nous essayons de déterminer à quelle distance un orage est éloigné de nous en comptant les secondes entre l'éclair et le tonnerre.

Pourquoi nous utilisons la lumière en informatique

Aujourd'hui, même les petits ordinateurs portables utilisent plusieurs processeurs, tels que les cœurs doubles ou quadruples. Ceci est encore plus évident dans les machines hautes performances, supercalculateurs ou grands centres de données. Répartir le calcul entre plusieurs processeurs est un moyen d'améliorer les performances, connu en langage informatique sous le nom de calcul parallèle.

Cette parallélisation, cependant, soulève de nouveaux problèmes :les différents cœurs doivent se parler et fonctionner en synchronisation, comme un grand orchestre. Ici, l'électronique commence à atteindre ses limites. Les connexions entre les processeurs souffrent de pertes et produisent de la chaleur. C'est la principale raison pour laquelle votre ordinateur portable chauffe.

A l'échelle industrielle, la chaleur devient presque ingérable. Le mois dernier, une annonce a été faite pour la construction du plus grand centre de données au monde à l'intérieur du cercle polaire arctique, pour faire face au problème thermique de ces centres.

Les liaisons optiques entre processeurs peuvent aider à résoudre ce problème :les données codées sous forme de paquets légers peuvent fournir de larges bandes passantes, vitesses élevées et ne produisent pas de chaleur.

Une bénédiction et une malédiction

Alors que la vitesse de la lumière est un grand avantage lors de l'envoi de données sur Internet partout dans le monde, c'est un vrai challenge à maîtriser sur une petite puce.

La lumière parcourt 300 mètres en seulement un millionième de seconde. Pour fournir une connexion entre différents processeurs, nous avons besoin d'un moyen d'arrêter ou de retarder la lumière à des moments où le processeur de réception est encore occupé. En d'autres termes, nous avons besoin d'un tampon pour les paquets légers sur une puce.

Mais la mise en mémoire tampon des données optiques dans les conceptions de puces courantes pour la mémoire électronique entraîne une perte de vitesse et de bande passante.

Notre nouvelle recherche montre toutes les caractéristiques d'une onde lumineuse, c'est-à-dire luminosité, couleur et phase - peuvent être transférés à une onde hyper-sonore, et ce faisant, peut être mis en mémoire tampon.

L'une des raisons des grands débits de données obtenus grâce à la lumière réside dans sa capacité à transporter des données simultanément à différentes longueurs d'onde, ou couleurs. Utiliser plusieurs couleurs revient à ouvrir des voies supplémentaires sur une autoroute bondée.

Ce que nous ressentons comme une couleur différente dans le cas de la lumière est une hauteur différente pour une onde sonore. Nous montrons que différentes couleurs peuvent être stockées sous forme d'ondes sonores différentes, et surtout peut être identifié sans ambiguïté par la suite.

Ondes sonores pour stocker des informations

Les principes de fonctionnement de base de notre nouvelle conception - qui présente un phénomène connu sous le nom de mémoire de ligne à retard - sont les suivants :

• un processeur encode les données fraîchement calculées sur des paquets légers, et l'envoie vers le processeur suivant
• si ce processeur est toujours occupé, le paquet lumineux est transféré à une onde sonore
• l'onde sonore voyage cent mille fois plus lentement vers le processeur, en lui donnant le temps nécessaire pour terminer le calcul
• l'onde sonore est transférée vers un paquet lumineux, et peut être traité ultérieurement.

Ce processus ressemble au fonctionnement des premiers ordinateurs construits au début du 20e siècle. Ici, les informations étaient temporairement stockées dans des ondes sonores qui se propageaient dans des tubes de mercure pendant que les processeurs étaient occupés.

Alors que les puces informatiques atteignent leurs limites de performances, la vieille idée d'une mémoire basée sur une ligne à retard utilisant des ondes sonores célèbre un retour. Cette fois ce n'est pas dans des tubes de mercure encombrants, mais de minuscules fils légers sur une puce qui sont capables de traiter beaucoup plus de données.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.