Avec de nouvelles puces optoélectroniques et un nouveau partenariat avec un grand fabricant de puces de silicium, Le spin-out du MIT Ayar Labs vise à augmenter la vitesse et à réduire la consommation d'énergie dans l'informatique, à commencer par les centres de données.

Soutenu par des années de recherche au MIT et ailleurs, Ayar a développé des puces qui déplacent les données avec la lumière mais calculent électroniquement. La conception unique intègre rapide, communications optiques efficaces - avec des composants qui transmettent des données à l'aide d'ondes lumineuses - dans des puces informatiques traditionnelles, remplacer les fils de cuivre moins efficaces.

Selon la startup, les puces peuvent réduire la consommation d'énergie d'environ 95 % dans les communications puce à puce et décupler la bande passante par rapport à leurs homologues à base de cuivre. Dans des centres de données massifs, la première application cible d'Ayar, gérés par des géants de la technologie tels que Facebook et Amazon, les puces pourraient réduire la consommation totale d'énergie de 30 à 50 pour cent, déclare le PDG Alex Wright-Gladstein MBA '15.

« En ce moment, il y a un goulot d'étranglement de la bande passante dans les grands centres de données, " dit Wright-Gladstein, qui a cofondé Ayar avec Chen Sun Ph.D. '15 et Mark Wade, diplômé de l'Université du Colorado et ancien chercheur du MIT. "C'est une application passionnante et le premier endroit qui a vraiment besoin de cette technologie."

En décembre, la startup a signé un accord avec GlobalFoundries, l'un des principaux fabricants mondiaux de puces de silicium, apporter son premier produit, un système optique d'entrée-sortie appelé Brilliant, sur le marché l'année prochaine.

Les puces pourraient également être utilisées dans les superordinateurs, Wright-Gladstein ajoute, qui ont des problèmes d'efficacité et des contraintes de vitesse similaires à ceux des centres de données. En bas de la route, la technologie pourrait également améliorer l'optique dans divers domaines, des véhicules autonomes et dispositifs médicaux à la réalité augmentée. « Nous sommes ravis non seulement de ce que cela peut faire pour les centres de données, mais quelles nouvelles choses cela permettra à l'avenir, ", dit Wright-Gladstein.

Voir la lumière

La technologie de base d'Ayar, désormais soutenue par plus de 25 articles universitaires, est en préparation depuis une décennie. La collaboration de recherche a commencé au milieu des années 2000 au MIT dans le cadre du projet Photonically Optimized Embedded Microprocessors (POEM) de la Defense Advanced Research Project Agency, dirigé par Vladimir Stojanovic, maintenant professeur agrégé de génie électrique et d'informatique à l'Université de Californie à Berkeley, en collaboration avec Rajeev Ram, professeur de génie électrique au MIT et chercheur principal du groupe d'optique physique et d'électronique, et Milos Popovic, maintenant professeur adjoint de génie électrique et informatique à l'Université de Boston.

L'idée était d'aider la transmission de données à suivre la loi de Moore. Le nombre de transistors sur une puce peut doubler tous les deux ans, Wright-Gladstein dit, "mais la quantité de données que nous transmettons à ces broches en cuivre n'a pas augmenté au même rythme."

Les puces informatiques envoient des données entre les puces avec différentes fonctions, tels que les puces logiques et les puces mémoire. Avec des communications basées sur le cuivre, cependant, les puces ne peuvent pas envoyer et recevoir suffisamment de données pour tirer parti de leur puissance de traitement croissante. Cela a causé un "goulot d'étranglement, " où les puces doivent attendre de longues durées pour envoyer et recevoir des données. Plus de la moitié du temps dans les centres de données, par exemple, les circuits attendent que les données vont et viennent, dit Wright-Gladstein. "C'est un énorme gâchis, " dit-elle. " Ils utilisent presque autant de puissance au ralenti que lorsqu'ils travaillent. "

Une solution est la lumière. Un fil optique peut transmettre plusieurs signaux de données sur différentes longueurs d'onde de lumière, tandis que les fils de cuivre sont limités à un signal par fil. Les puces optiques peuvent, donc, transmettre plus d'informations en utilisant beaucoup moins d'espace. De plus, la photonique produit très peu de chaleur résiduelle. Les données passant par les fils de cuivre génèrent de grandes quantités de chaleur perdue, ce qui nuit à l'efficacité des puces individuelles. C'est un problème dans les centres de données, où les fils de cuivre passent à l'intérieur et entre les serveurs.

Au moment où les groupes de recherche de Ram, Stojanovic, et Popovic travaillaient sur le projet POEM, de grandes entreprises telles qu'Intel et IBM essayaient de concevoir des produits bon marché, puces optiques évolutives. La collaboration, qui comprenait alors Sun et Wade, a adopté une approche différente :ils ont intégré des composants optiques sur des puces de silicium, qui sont fabriqués à l'aide du processus de fabrication traditionnel des semi-conducteurs CMOS qui produit des puces pour quelques centimes. "C'était une idée radicale à l'époque, " dit Wright-Gladstein. " CMOS ne se prête pas bien à l'optique, les vétérans de l'industrie ont donc supposé que vous deviez apporter des changements majeurs pour que cela fonctionne. »

Pour éviter de modifier le processus CMOS, les chercheurs se sont concentrés sur une nouvelle classe de composants optiques miniaturisés, y compris les photodétecteurs, modulateurs de lumière, guides d'ondes, et des filtres optiques qui codent des données sur différentes longueurs d'onde de la lumière, puis le transmettre et le décoder. Ils ont essentiellement "piraté" la méthode traditionnelle de conception de puces de silicium, utiliser des couches destinées à l'électronique pour construire des dispositifs optiques, et permettre aux conceptions de puces d'inclure des optiques plus étroitement configurées que jamais à l'intérieur de la structure d'une puce.

En 2015, les chercheurs, en collaboration avec l'équipe de Krste Asanovic à l'UC Berkeley a créé le premier processeur à communiquer en utilisant la lumière et a publié les résultats dans La nature . Les puces, fabriqué dans une usine de fabrication GlobalFoundries, contenait 850 composants optiques et 70 millions de transistors, et exécutées aussi bien que les puces traditionnelles fabriquées dans la même installation.

Se jeter à l'eau

Dans les coulisses, Wright-Gladstein pensait déjà à la commercialisation. L'année précédant la parution, elle s'était inscrite à la MIT Sloan School of Management, spécifiquement pour rencontrer des chercheurs qui s'attaquent aux énergies propres. Prendre 15.366 (Energy Ventures), qui se concentre sur la commercialisation des technologies propres du MIT, elle a été choisie pour sélectionner les technologies à intégrer en classe. "C'était l'excuse parfaite pour rencontrer tous les chercheurs faisant de la recherche liée à l'énergie, ", dit Wright-Gladstein.

De la vaste piscine de 300 laboratoires, elle est tombée sur les puces optoélectroniques de Ram, ce qui "m'a époustouflé, " dit-elle. L'industrie de l'énergie s'est concentrée sur les innovations d'équipement pour économiser l'énergie dans les centres de données. " Mais il n'y avait pas beaucoup d'accent sur la réduction de l'énergie par l'informatique elle-même, " Wright-Gladstein dit. "Cela semblait être un excellent moyen d'avoir un impact."

Wright-Gladstein a formé une équipe en classe pour créer un plan d'affaires et un pitch deck. Elle a également collaboré fréquemment avec Sun et Wade en parlant avec des clients potentiels de l'industrie. Lorsque le MIT Clean Energy Prize est arrivé, les trois étudiants sont entrés dans la technologie sous le nom, OptiBit et a remporté les deux grands prix de 275 $, 000, consolider leur décision de lancer une startup.

"Avoir des fonds au début pour nous payer des salaires bas et avoir un petit coussin avant de lever des fonds de capital-risque nous a vraiment tous persuadés de franchir le pas, ", dit Wright-Gladstein.

Implantation à San Francisco, la startup a poursuivi la recherche et le développement, augmenter les débits de données de communication de la technologie. L'année dernière, GlobalFoundries s'est intéressé à ces innovations constantes et a noué un partenariat avec la startup, qui comprenait des fonds non divulgués. Cette année, Les premiers prototypes d'Ayar devraient atteindre les centres de données américains, avec une sortie commerciale prévue en 2019.

Résoudre le problème d'entrée-sortie de la puce n'est que le début. Ayar est également enthousiasmé par ce que sa nouvelle technologie signifie pour le domaine de l'optique, dit Wright-Gladstein. Capteurs optiques, par exemple, sont utilisés dans les véhicules autonomes ou semi-autonomes et les équipements médicaux coûteux. Baisser les coûts de fabrication, tout en augmentant la puissance de calcul, de puces optoélectroniques pourraient rendre ces technologies beaucoup moins chères et plus accessibles.

"Nous commençons à résoudre ce problème de goulot d'étranglement dans les puces de silicium traditionnelles, mais en fin de compte, nous sommes enthousiasmés par tous les différents endroits où cette technologie ira, " dit Wright-Gladstein. " Cela va changer la disponibilité de l'optique, et comment le monde peut utiliser l'optique, d'une manière au-delà de ce que nous pouvons prédire en ce moment."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.