STARLight, un projet pour faire briller l’Europe dans la photonique sur silicium
Piloté par ST, le projet STARLight s’appuie sur un consortium de 24 entreprises technologiques et universités de premier plan, représentant 11 pays de l’UE, qui unissent leurs efforts pour faire de l’Europe un leader dans le domaine de la photonique sur silicium sur tranches de 300 mm. Les marchés cibles : les data centers, les clusters d’IA, les télécoms et l’automobile.
Piloté par STMicroelectronics, le consortium STARLight a été sélectionné par la Commission européenne dans le cadre de l’initiative EU CHIPS Joint Undertaking pour piloter le développement de la photonique sur silicium de nouvelle génération sur des tranches de 300 mm.
Le projet STARLight (300 mm Silicon Technology for Applications Relying on Light with photonics devices) réunit un consortium de 24 partenaires industriels et académiques de premier plan dans le but de positionner l’Europe en tant que leader technologique sur ce créneau, en établissant une ligne de production à haut volume, en développant des modules optiques de pointe et en favorisant une chaîne de valeur complète. Il s’agit, d’ici à 2028, de développer des solutions orientées applications, en se concentrant sur des secteurs industriels clés tels que les data centers, les clusters d’IA, les télécoms et l’automobile.
« La technologie photonique sur silicium joue un rôle critique pour positionner l’Europe au carrefour de l’usine d’IA du futur, et le projet STARLight représente une avancée majeure pour l’ensemble de la chaîne de valeur en Europe, en stimulant l’innovation et la collaboration entre les entreprises technologiques de pointe, assure Rémi El-Ouazzane, président du groupe Microcontrôleurs, Circuits intégrés numériques et Produits RF de STMicroelectronics. En se concentrant sur les applications clés et en réunissant des partenaires paneuropéens de renom, le consortium STARLight dispose des meilleurs atouts pour mener la prochaine génération d’applications et de technologies en photonique sur silicium. »
© STARLight
Selon le consortium, la photonique sur silicium est une technologie privilégiée pour gérer les interconnexions optiques des data centers et des clusters d’IA, dans la perspective d’une croissance tant verticale, par plus de connexions optiques dans les serveurs (scale-up), qu’horizontale, c’est-à-dire liée à l’augmentation du nombre de serveurs dans les clusters (scale-out), ainsi que pour d’autres technologies telles que le lidar, les applications spatiales et les processeurs photoniques d’IA nécessitant une meilleure efficacité énergétique et un transfert de données à faible consommation. Cette technologie allie les capacités traditionnelles de fabrication à haut rendement du silicium Cmos, avec les avantages de la photonique pour transmettre les données à très haut débit.
Le développement de circuits intégrés photoniques (PIC, Photonic Integrated Circuits) avancés nécessite de relever plusieurs défis autour de la modulation à haut débit, de l’intégration de lasers, des nouveaux matériaux et des techniques d’encapsulation et d’intégration.
La création de modulateurs à haute efficacité capables de fonctionner à des débits supérieurs à 200 Gbit/s par voie constitue une priorité majeure pour le consortium, de même que le développement de lasers intégrés sur silicium qui soient fiables et efficaces. Divers matériaux avancés seront explorés, avec des acteurs tels que Soitec, le CEA-Leti, l’imec, l’Université Paris-Saclay, III-V Lab et Lumiphase, et intégrés sur une seule plateforme photonique sur silicium novatrice de type silicium sur isolant (SOI), niobate de lithium sur isolant (LNOI) ou titanate de baryum (BTO). Quant à l’optimisation de l’encapsulation et de l’intégration des circuits intégrés photoniques (PIC) aux circuits électroniques, elle joue un rôle primordial pour garantir l’intégrité du signal et réduire la consommation d’énergie.
Des innovations basées sur les applications
Concernant les applications Data centers / Datacom, le projet STARLight se concentrera initialement sur la création de démonstrateurs pour les data centers, basés sur la technologie PIC100, capables de gérer des débits allant jusqu’à 200 Gbit/s, avec des acteurs clés tels que STMicroelectronics, Sicoya et Thales. Il développera également des prototypes de systèmes de transmission optique en espace libre, conçus pour les communications spatiales et terrestres.
Par ailleurs, le projet s’appuiera sur l’expertise multidisciplinaire des principaux contributeurs pour orienter les efforts de recherche vers un démonstrateur optique à 400 Gbit/s par voie, utilisant de nouveaux matériaux et visant la prochaine génération d’optiques enfichables.
Dans le domaine de l’IA, le projet STARLight travaille sur le développement d’un processeur photonique de pointe, optimisé pour les opérations tensorielles telles que la multiplication matricielle vectorielle et les opérations de multiplication-accumulation, offrant des caractéristiques supérieures en termes de dimensions, de rapidité de traitement des données et de consommation énergétique par rapport aux technologies existantes. Dans la mesure où les réseaux neuronaux, c’est-à-dire les algorithmes fondamentaux de l’IA, reposent largement sur des opérations tensorielles, améliorer leur efficacité est critique pour optimiser les performances du traitement de l’IA.
Dans les applications télécoms, le projet STARLight prévoit de développer et de présenter des dispositifs photoniques sur silicium spécifiques. Ericsson se concentrera sur deux concepts destinés à améliorer l’efficacité des réseaux mobiles. Le premier consiste à développer un commutateur intégré permettant le déchargement optique (optical offload) au sein des réseaux d’accès radio (RAN), facilitant une gestion plus efficace du trafic de données. Le second concept explore la technologie Radio sur Fibre (RoF) en vue d’éloigner les circuits Asic à forte consommation d’énergie des unités d’antenne, pour offrir une capacité accrue ainsi qu’une baisse des émissions de CO2. Par ailleurs, il est prévu que Mbryonics développe une interface en espace libre vers la fibre à la réception des communications optiques en espace libre (FSO), un élément clé dans la conception des systèmes de communication optique.
Enfin, le projet STARLight démontrera également ses performances dans les applications de détection, tandis que les liens étroits de Steerlight, un fabricant de capteurs lidar, avec les principaux constructeurs automobiles, contribueront à concrétiser cette réalité industrielle.
Dans le cadre du projet, Thales développera également des capteurs capables de générer, distribuer, détecter et traiter avec précision des signaux aux formes d’onde complexes afin de démontrer des fonctionnalités clés. Plus largement, les résultats de ce projet devraient également profiter à l’ensemble de l’écosystème des fabricants de robots autonomes, tant pour les environnements intérieurs qu’extérieurs.
