Les systèmes d’intelligence artificielle (IA) promettent des progrès transformateurs, mais leur croissance a été limitée par les inefficacités énergétiques et les goulots d’étranglement dans le transfert de données. Des chercheurs de Columbia Engineering ont dévoilé une solution révolutionnaire: une plate-forme photonique 3D-électronique qui atteint une efficacité énergétique et une densité de bande passante sans précédent, ouvrant la voie au matériel d’IA de nouvelle génération.
L’étude« 3D Photonics for Ultra-Low Energy, High Bandwidth-Density Chip Data Links », dirigé par Keren Bergman, Charles Batchelor Professeur de génie électrique, est publié dans Photonique de la nature.
La recherche détaille une méthode pionnière qui intègre la photonique à l’électronique avancée du métal-oxyde-oxyde (CMOS) pour redéfinir la communication de données économe en énergie et à large bande passante. Cette innovation relève des défis critiques dans le mouvement des données, un obstacle persistant à la réalisation des technologies d’IA plus rapides et plus efficaces.
« Dans ce travail, nous présentons une technologie capable de transférer de vastes volumes de données avec une consommation d’énergie sans précédent », a déclaré Bergman. « Cette innovation franchit la barrière énergétique de longue date qui a un mouvement de données limité dans les systèmes traditionnels informatiques et d’IA. »
Percée dans la communication de données
L’équipe d’ingénierie de Columbia a collaboré avec Alyosha Christopher Molnar, ILDA et Charles Lee professeur d’ingénierie à l’Université Cornell, pour développer une puce photonique électronique intégrée à 3D qui possède une densité élevée de 80 émetteurs photoniques et récepteurs dans une empreinte compacte de la puce.
Cette plate-forme offre une bande passante élevée (800 Go / s) avec une efficacité énergétique exceptionnelle, consommant seulement 120 fémtojoules par bit. Avec une densité de bande passante de 5,3 To / s / mm2, cette innovation dépasse de loin les repères existants.
Conçu pour un faible coût, la puce intègre des appareils photoniques avec des circuits électroniques CMOS et exploite les composants fabriqués dans des fonderies commerciales, préparant la voie à une adoption généralisée sur l’industrie.
Révolutionner le matériel d’IA
La recherche de l’équipe redéfinit la façon dont les données sont transmises entre les nœuds de calcul, abordant les goulots d’étranglement de longue date en matière d’efficacité énergétique et d’évolutivité.
En intégrant 3D des puces photoniques et électroniques, cette technologie réalise des économies d’énergie inégalées et une densité de bande passante élevée, se libérant des contraintes traditionnelles de localité des données. Cette plate-forme innovante permet aux systèmes d’IA de transférer efficacement de vastes volumes de données, soutenant des architectures distribuées qui étaient auparavant peu pratiques en raison des limitations d’énergie et de latence.
Les progrès qui en résultent sont sur le point de débloquer des niveaux de performance sans précédent, ce qui fait de cette technologie une pierre angulaire des futurs systèmes informatiques à travers les applications, des modèles d’IA à grande échelle au traitement des données en temps réel dans les systèmes autonomes.
Au-delà de l’IA, cette approche contient un potentiel transformateur pour l’informatique haute performance, les télécommunications et les systèmes de mémoire désagrégés, signalant une nouvelle ère d’infrastructure informatique à grande vitesse économe en énergie.
La recherche collaborative a inclus les contributions du Molnar Lab de l’Université Cornell, du Laboratoire de recherche de l’Air Force et du Dartmouth College.
Plus d’informations:
Stuart Daudlin et al, 3D Photonics for Ultra-Low Energy, High Bandwidth-Density Chip Data Links, Photonique de la nature (2025). Doi: 10.1038 / s41566-025-01633-0 . Sur arxiv: Doi: 10.48550 / arxiv.2310.01615