Reservoir computing optique utilisant des lasers hybrides III-V/nitrure de silicium – ORCHID

Les réseaux de neurones artificiels sont utilisés dans un nombre grandissant d’applications. Mais ils sont le plus souvent émulés sur des ordinateurs, ce qui est contradictoire avec les nécessités actuelles de sobriété énergétique. Leurs implémentations électroniques, même si elles présentent des avancées significatives en termes de puissance de calcul, intégration et consommations énergétiques, restent très gourmandes. Par contre, leurs implémentations optiques sont très prometteuses car elle tire avantage de la très grande rapidité des composants optiques, de leur potentiel pour le traitement de signaux en parallèle (multiplexage en longueur d’onde), et de la très grande diversité de non linéarités disponibles. En se basant sur l’aboutement d’une puce optique en nitrure de silicium avec un composant actif en matériaux III-V, ORCHID veut développer une plateforme d’intégration hybride capable d’accueillir des réseaux neuronaux très grands. Son optimisation lors du projet (longueurs d’ondes de fonctionnement, gestion de la puissance, rendement) débloquera les limites actuelles d’intégration et en fera un support idéal pour les futurs très grands réseaux de neurones artificiels. Pour cela, ORCHID testera deux gammes de longueurs d'ondes:
- les longueurs d'ondes télécom autour de 1.55µm pour lesquels nous avons déjà réalisé avec succès des lasers hybrides en aboutant une puce III-V avec une puce en nitrure de silicium,
- le proche infrarouge autour de 900nm afin de tirer avantage de l'efficacité énergétique qui est plus que doublée à ces longueurs d'ondes en comparaison aux longueurs d'onde télécom.
Nous serons ainsi en capacité dévaluer au mieux le gain potentiel lié au changement de longueur d'onde. Nous pourrons alors orienter les futures recherches pour le développement complet de réseaux de neurone optiques à très grande efficacité.
De plus, les objets proposés dans ORCHID sont compatible avec la mise en module (développements réalisés au court d’un projet précédent financé par la DGA) et ils se basent sur la plateforme multi projet SiN-Photonics IC Si3N4-800 du CEA-LETI. Même si ce travail n'a pas pu être inclus dans ORCHID, cette plateforme est compatible avec l'implémentation de la couche de sortie (couche de lecture) de ces réseaux de neurone. Il sera ainsi possible, à la suite du projet ORCHID, de rapidement développer des réseaux de neurones optiques entièrement intégrés et à très grande efficacité énergétique.
Enfin, le CEA-LETI et le III-V Lab sont en capacité de produire des volumes modérés de composants pour permettre à des acteurs économiques de type "fabless" de proposer rapidement des produits basés sur les développements d'ORCHID. De même, ils ont déjà démontré avec succès par le passé leurs capacités à transférer des technologies à des fonderies capables d'assurer des volumes de production plus importants. ORCHID contribuera ainsi à mettre en place toutes les conditions pour l'émergence d'une activité industrielle sur les réseaux de neurones optiques.