Expérience de caractérisation des propriétés de la puce au COPL. Photo: Dany Vachon
Une équipe de l’Université Laval a conçu une puce optique ultrarapide, miniature et, surtout, très économe en énergie.
Saviez-vous que générer de toutes pièces la vidéo d’un chat loufoque doté d’un monocle exigeait une puissance de calcul extrême ? Au point qu’il faut diviser la tâche entre plusieurs dizaines de milliers de processeurs répartis sur plusieurs ordinateurs, formant ce qu’on appelle des centres de données. Tous les « neurones » de ce gigantesque cerveau informatique communiquent alors les uns avec les autres pour fournir une réponse satisfaisante à cette requête – par exemple, le félin porte un chapeau haut de forme et s’exprime avec un accent britannique.
Extrapolez maintenant à toutes les vidéos de chat produites chaque jour par l’intelligence artificielle (IA)… L’infrastructure globale déjà colossale de l’IA consomme beaucoup, beaucoup d’électricité, soit environ 2 % du total mondial. Avec la croissance soutenue de la demande, cette forte consommation énergétique pourrait rapidement devenir problématique. « L’amélioration des microprocesseurs est un passage obligé si l’on souhaite rendre cette technologie durable », indique Alireza Geravand, étudiant au doctorat en génie électrique à l’Université Laval et premier auteur d’une étude récente qui ouvre la voie à une solution allant en ce sens.
De gauche à droite: Simon Levasseur, Zibo Zheng, Farshid Shateri, Alireza Geravand, Leslie Rusch et Wei Shi. Photo: Dany Vachon
L’article, publié dans Nature Photonics, décrit la conception d’une puce aussi fine qu’un cheveu capable de transférer jusqu’à 1000 gigabits de données par seconde, grâce à la lumière. En comparaison, les meilleures puces optiques actuelles sont limitées à 56 gigabits par seconde, soit environ 20 fois moins. « Le potentiel pour l’entraînement de modèles d’IA, qui repose sur des ensembles de données équivalant à des millions de livres, est énorme », affirme Alireza Geravand, dont le travail a été supervisé par le professeur Wei Shi, du Département de génie électrique et de génie informatique de l’Université Laval. Cette puce novatrice ne consomme que quatre joules d’énergie lors du transfert d’un ensemble de données d’entraînement complet, soit tout juste assez pour chauffer un millilitre d’eau d’un degré Celsius ; une efficacité inégalée.
Ce tour de force repose sur la mise au point d’un nouveau type de modulateur, cette partie du processeur qui permet de transformer le signal électronique en signal optique. Pour encoder l’information, les modulateurs de puces optiques tablent classiquement sur une seule dimension de la lumière, soit l’amplitude de l’onde lumineuse. Dans cette étude, l’équipe de l’Université Laval a optimisé ces modulateurs afin d’exploiter une deuxième dimension : la phase, c’est-à-dire la position des pics et des creux de l’onde lumineuse. Le modulateur peut décaler les phases des ondes, comme s’il faisait déferler des vagues à des moments différents dans l’océan.
La manipulation simultanée de l’amplitude et de la phase de l’onde permet la démultiplication du nombre de bits qui peuvent être transférés chaque seconde. Elle permet aussi de réduire considérablement la taille des modulateurs, qui représente un obstacle dans les puces actuelles. « Le défi a été de trouver le juste équilibre entre les divers paramètres qui expliquent la performance de ces puces en silicium », raconte Alireza Geravand. Avant de mettre ces dernières à l’épreuve dans leur laboratoire du Centre d’optique, de photonique et de lasers, les scientifiques ont donc procédé à plusieurs simulations et modélisations. « Nos prédictions étaient manifestement correctes ; les tests ont été concluants. »
Malgré ses qualités prometteuses, cette puce optique nouveau genre doit encore faire l’objet de travaux considérables avant d’être intégrée aux infrastructures existantes. Cela pourrait toutefois être chose faite d’ici quelques années. « Le géant des puces électroniques Nvidia commercialise aujourd’hui une première génération de modulateurs, dont notre laboratoire avait démontré l’efficacité il y a dix ans », explique le doctorant, qui y voit un signe annonciateur de ce qui attend cette découverte.
Adeptes de vidéos de chat : vous pourrez peut-être un jour avoir la conscience écologique tranquille.
Ont aussi participé à cette recherche : Zibo Zheng, Farshid Shateri, Simon Levasseur et Leslie Rusch (Université Laval).
L’avis du jury
L’explosion de l’IA s’accompagne d’une consommation énergétique exponentielle. Il est urgent de trouver des moyens de réduire l’impact écologique de l’IA, et c’est ce que promet cette puce.
Les solutions pour réduire la consommation d’énergie de l’IA ne peuvent attendre des années. Si vous avez des bribes de solution pour une puce eco-énergétique qui pourrait fonctionner avec des données graphiques, vous devez vous associer avec les grands producteurs tel que Nvidia, AMD, etc en demandant des bourses de recherche ou en travaillant pour eux à un salaire de 4 millions par année. L’avenir se réalise en mois avec les développements de l’IA et non en années. Si vous avez quelque chose de viable, arrêter de vous péter les bretelles et agissez.
Comme la techno nous a permis de passer du AM au FM en radiophonie.