Multiplieur Stochastique de Matrices en photonique intégrée sur Silicium à base de matériaux à changement de phase – OCTANE

Ce projet de recherche ouvrira la voie vers la prochaine génération d’architectures de calcul en combinant accélérateurs en photonique intégrée sur silicium (PhSi), matériaux à changement de phase (PCM) et calcul stochastique (CS). En effet, la PhSi, complétée par les PCM pour la réalisation de fonctions optiques non-volatiles, est un outil incontournable pour bénéficier de composants extrêmement compacts et intégrés bas coût et faible puissance en support d’une architecture de calcul stochastique très robuste et elle-même très économe en énergie.

Le projet OCTANE débutera par la réalisation de deux études, l’une théorique et l’autre expérimentale, sur un système de CS à base the PCM intégrés sur PhSi. Les études théoriques, basées sur l’état de l’art des PCM, proposeront par le biais d’un simulateur complet, une architecture innovante de circuit ainsi que des spécifications des sous-systèmes et composants photoniques associés. Les études expérimentales, quant à elles, étudieront de façon précise les PCM incluant leur caractéristiques optiques et moyens de transition de phase associés (i) en couches minces dans un premier temps puis (ii) intégrés sur silicium (sous la forme de pastilles). OCTANE sera alors en mesure de proposer une architecture de circuit complet démontrant l’applicabilité du concept pour le CS. Ce circuit sera alors fabriqué et testé expérimentalement, accompagné par des cellules de test spécifiques incluant des Multiplieurs avec Accumulation (MAC) individuels. Après cette première campagne de tests, et en se basant sur les résultats obtenus, une architecture optimisée de MAC et de circuit de démonstration sera alors générée puis fabriquée.L’exploitation expérimentale de ce circuit final constituera la conclusion du projet OCTANE.

Afin de maximiser l’impact de ces travaux sur la communauté scientifique et afin d'étendre ces résultats au delà de ce qu'il est possible de réaliser expérimentalement dans le cadre du projet, une comparaison détaillée entre les résultats obtenus ou projetés (grâce à des simulations) avec des accélérateurs de calcul conventionnels ou basés sur le CS, pour des réseaux neuromorphiques, sera menée tout au long du projet pour valider la pertinence du concept et augmenter l’efficacité de notre dissémination. Les gains en termes d’énergie par opération élémentaire pour les applications identifiées seront chiffrés.