Alors qu'un nombre croissant d'appareils connectés exigent une bande passante toujours plus grande pour des tâches telles que le travail à distance et le traitement des données dans le cloud, la gestion du spectre sans fil limité devient extrêmement difficile. Dans un tel environnement, les technologies modernes recherchent des moyens innovants pour gérer dynamiquement le spectre disponible, tout en réduisant la latence et en augmentant les performances des réseaux.

Intelligence artificielle et défis dans la communication sans fil

L'application de l'intelligence artificielle dans la classification et le traitement des signaux sans fil est déjà largement répandue, mais la plupart des systèmes d'IA existants nécessitent une consommation d'énergie considérable et ne peuvent pas fonctionner en temps réel, ce qui constitue un inconvénient majeur pour les applications qui exigent une réaction immédiate. C'est précisément là que l'innovation développée par les scientifiques du MIT prend tout son sens, en présentant une nouvelle unité de traitement optique pour accélérer les calculs d'IA dans le traitement des signaux sans fil.

Processeur optique – le calcul à la vitesse de la lumière

Ce processeur photonique révolutionnaire effectue un apprentissage profond en utilisant un réseau neuronal optique spécialement conçu pour le traitement du signal. Contrairement aux alternatives numériques qui utilisent des impulsions électriques, la puce optique utilise des signaux lumineux pour traiter les données, atteignant ainsi des vitesses de traitement cent fois supérieures à celles des meilleurs processeurs numériques.

C'est précisément cette vitesse qui permet la classification des signaux sans fil en nanosecondes, permettant un traitement en temps quasi réel. En même temps, cet appareil atteint une grande précision de classification des signaux, d'environ 95 %, ce qui le rend extrêmement fiable pour diverses applications.

Application dans les réseaux 6G et au-delà

Alors que nous nous préparons pour les futurs réseaux 6G, qui imposeront des exigences encore plus grandes en matière de vitesse et de capacité, ce processeur optique pourrait jouer un rôle clé. Par exemple, dans les systèmes de radio cognitive qui adaptent automatiquement les formats de modulation aux conditions environnementales, ce processeur permet une analyse rapide et efficace des signaux sans interruption.

Outre les télécommunications, les avantages de cette technologie s'étendent à d'autres applications très exigeantes : les véhicules autonomes peuvent analyser l'environnement et prendre des décisions en une fraction de seconde, et les stimulateurs cardiaques intelligents peuvent surveiller en continu l'état du cœur d'un patient avec une précision et une vitesse exceptionnelles.

Avancée technologique – l'architecture MAFT-ONN

La clé du succès de ce processeur réside dans son architecture appelée système de réseau neuronal optique à transformation de fréquence analogique multiplicative (MAFT-ONN). Contrairement aux réseaux neuronaux optiques traditionnels qui nécessitent un grand nombre de dispositifs optiques distincts pour chaque « neurone », le MAFT-ONN intègre l'ensemble du réseau neuronal dans un seul dispositif par couche.

Cette technologie traite toutes les opérations linéaires et non linéaires dans le domaine fréquentiel, ce qui permet de traiter les signaux avant leur conversion numérique, augmentant considérablement la vitesse et l'efficacité. En appliquant une technique de multiplication photoélectrique, le système atteint une efficacité supérieure et est facilement extensible en ajoutant des couches sans charge matérielle supplémentaire.

Résultats en moins d'une microseconde

Les tests ont montré que le MAFT-ONN peut classer les signaux sans fil avec une précision de 85 % lors d'une seule analyse à grande vitesse, et des mesures supplémentaires peuvent augmenter la précision jusqu'à 99 %. Tout cela en moins de 120 nanosecondes, ce qui est un ordre de grandeur plus rapide que les appareils de radiofréquence numériques les plus modernes qui fonctionnent en microsecondes.

Cette vitesse exceptionnelle permet aux utilisateurs d'augmenter la précision de la classification en temps réel sans perte significative de vitesse de traitement, ce qui est crucial pour les applications où chaque instant compte.

Extension des possibilités et développement futur

Les scientifiques prévoient de développer davantage cette technologie en introduisant plusieurs schémas de multiplexage qui augmenteront encore la puissance de calcul et permettront l'évolutivité. L'objectif est d'intégrer des réseaux neuronaux profonds plus complexes, y compris des modèles de transformateurs et de grands modèles de langage (LLM), ce qui étendrait son application à de nombreux domaines de l'intelligence artificielle.

Financement et collaboration

Ce projet innovant est soutenu financièrement par de nombreuses institutions importantes, notamment le Laboratoire de recherche de l'armée américaine, la Force aérienne des États-Unis, le MIT Lincoln Laboratory, la société japonaise Nippon Telegraph and Telephone, ainsi que la Fondation nationale pour la science.

Le développement de réseaux neuronaux optiques pour un traitement rapide et efficace des signaux sans fil représente une étape importante vers les technologies futures qui permettront des réseaux et des appareils plus intelligents, plus rapides et plus économes en énergie, façonnant ainsi un nouveau paysage technologique avec le potentiel de révolutionner des industries allant des télécommunications à la santé et à la conduite autonome.

Source : Massachusetts Institute of Technology