Pascal STARK : "Ordinateur photonique intégré"

Résumé : Chaque année de gigantesques quantités de données informatiques sont générées et le rythme s’accélère inexorablement. La plupart de ces données ne sont pas structurées, ce qui rend le traitement et l'extraction d'informations difficiles. Cela a conduit au renouveau de l'intelligence artificielle (IA), notamment sous la forme de réseaux neuronaux artificiels. La taille de ces réseaux augmentant rapidement, leur implémentation sur processeurs électroniques est devenue peu rentable, autant sur le plan énergétique que celui de la vitesse. L’optique permet de contourner les défauts de l’électronique puisque la lumière possède un parallélisme massif intrinsèque et une grande vitesse de propagation, offrant alors une large bande passante. De plus, l’optique permettrait de considérablement augmenter l'efficacité énergétique des réseaux de neurones, réduisant ainsi l'impact environnemental des IA. Cependant pour en bénéficier il est essentiel de sortir les réseaux neuronaux optiques des applications de niches et d’assurer leurs intégrations dans des systèmes de grande envergure. Au cours des dernières décennies, la photonique intégrée sur silicium s'est imposée comme une technologie d’avenir grâce à des moyens de fabrication économique à grande échelle. Cette technologie est intégrable aux systèmes électroniques avec un surcoût raisonnable, rendant ainsi possible l'adaptation de l'informatique optique à grande échelle, notamment dans les data-center. Nous présentons au long de cette thèse la co-intégration hétérogène du titanate de baryum et de la technologie III-V pour une modulation et une émission de lumière efficace sur une plateforme photonique sur silicium, puis le concept de reservoir computing et une étude numérique approfondie d'un système intégré tout-optique et pour finir un accélérateur de convolution photonique sur silicium.

Composition du jury :

Daniel BRUNNER, Chargé de recherche, Université Bourgogne Franche-Comté, Directeur de thèse

Wim BOGAERTS, Professeur, Ghent University – IMEC, Rapporteur

Guy VAN DER SANDE, Professeur, Vrije Universiteit Brussel, Rapporteur

Bert Jan OFFREIN, Manager Neuromorphic Devices and Systems Group, IBM Research Europe, Zurich, Co-encadrant de thèse

Hervé MAILLOTTE, Directeur de recherche, Université Bourgogne Franche-Comté, Examinateur

Laurent VIVIEN, Directeur de recherche, Université Paris-Saclay, Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), Examinateur

Localisation : Institut FEMTO 15 B, avenue des Montboucons 25000 BESANCON - salle Amphithéâtre Jean-Jacques Gagnepain