La Chaire INRS en Calcul Photonique Ultrarapide s’attaquera à l’un des grands défis scientifiques et technologiques de notre époque : répondre à la croissance rapide des besoins en calcul liés à l’intelligence artificielle (IA) et au traitement de données à grande échelle.
Les infrastructures électroniques actuelles qui soutiennent ces technologies consomment d’importantes quantités d’énergie, ce qui soulève des enjeux environnementaux, économiques et technologiques majeurs.
Pour relever ces défis, la chaire explorera le potentiel du calcul photonique neuromorphique, une approche qui consiste à utiliser la lumière plutôt que l’électricité pour effectuer des calculs inspirés du fonctionnement du cerveau humain. Grâce à la vitesse exceptionnelle de propagation et de traitement de l’information par la lumière, cette technologie ouvre la voie à des systèmes d’intelligence artificielle à la fois plus rapides et beaucoup plus efficaces sur le plan énergétique.
S’appuyant sur l’expertise du groupe du professeur José Azaña en traitement optique ultrarapide du signal, la Chaire INRS en calcul photonique ultrarapide développera de nouvelles architectures de calcul photonique capables de combiner vitesse, efficacité énergétique, programmabilité, évolutivité et flexibilité. Une attention particulière sera accordée aux réseaux neuronaux optiques intégrés (Optical Neural Networks, ONN), qui pourraient contribuer à répondre aux besoins croissants d’applications émergentes telles que les véhicules autonomes, la robotique, les systèmes intelligents d’imagerie et de détection, le calcul haute performance, la cybersécurité ainsi que les réseaux de communication de prochaine génération.
Titulaire
Le professeur José Azaña, membre émérite (Fellow) d’Optica, est une référence internationale en traitement photonique du signal à l’aide de technologies à fibres optiques et à guides d’ondes intégrés appliquées aux télécommunications, à la télédétection, à l’optique quantique et à d’autres domaines connexes.
Au fil des années, plusieurs outils d’analyse et de traitement optiques développés par le professeur Azaña et son équipe à l’INRS, notamment des méthodes pionnières d’analyse spectrale en temps réel, ont suscité un vif intérêt à l’échelle internationale. Ces technologies sont aujourd’hui utilisées couramment dans les milieux universitaire et industriel partout dans le monde et contribuent à des avancées importantes en science et en technologie.
Les réalisations du professeur Azaña ont été saluées par plusieurs distinctions prestigieuses, dont le IEEE Photonics Society Young Investigator Award (2008), le IEEE Microwave Theory and Technology Society Microwave Prize (2009) ainsi que, plus récemment, le Prix Brockhouse Canada pour la recherche interdisciplinaire en sciences et en génie (2020).
À l’INRS, il a contribué à la formation de plus de 20 stagiaires postdoctoraux et postdoctorales et de 45 étudiantes et étudiants aux cycles supérieurs, dont 30 doctorantes et doctorants, en plus d’encadrer de nombreux stagiaires de recherche de courte durée aux niveaux postdoctoral, universitaire et de premier cycle. Plusieurs de ces personnes hautement qualifiées occupent aujourd’hui des postes de premier plan dans les milieux universitaire et industriel, au Québec, au Canada et à l’international.
Mise en contexte
Les approches de calcul inspirées du cerveau humain, regroupées sous le terme d’intelligence artificielle, occupent aujourd’hui une place centrale dans de nombreuses applications de pointe en technologies de l’information et des communications. Des véhicules autonomes aux systèmes de santé intelligents en passant par les réseaux de communication ultrarapides, ces technologies reposent sur des capacités de traitement de données toujours plus importantes.
Toutefois, les architectures électroniques conventionnelles atteignent progressivement leurs limites en matière de performance et d’efficacité énergétique. Le déploiement à grande échelle des technologies d’IA entraîne une consommation croissante de ressources matérielles et énergétiques, créant un besoin urgent de nouvelles approches de calcul.
Le calcul optique, et plus particulièrement les réseaux neuronaux optiques, constitue une solution prometteuse pour répondre à ces enjeux. En exploitant la lumière comme vecteur de traitement de l’information, ces technologies permettent d’envisager des vitesses de calcul extrêmement élevées tout en réduisant considérablement la consommation énergétique. Les solutions existantes demeurent toutefois limitées par plusieurs défis liés à leur programmabilité, leur évolutivité, leur reconfigurabilité et leur intégration dans des systèmes réels.
La chaire développera de nouvelles architectures de calcul photonique conçues pour surmonter ces obstacles. Les travaux s’appuieront sur des technologies à fibre optique et sur des puces photoniques compatibles avec les procédés industriels actuels afin de faciliter leur fabrication à grande échelle et leur transfert vers des applications concrètes.
Objectifs
La Chaire INRS en calcul photonique ultrarapide vise à développer des technologies innovantes de calcul photonique pour le traitement à grande échelle de l’intelligence artificielle et des données complexes, tout en réduisant significativement la consommation énergétique associée à ces activités.
Plus précisément, la chaire développera de nouvelles architectures de calcul optique capables de répondre aux exigences des applications émergentes en matière de vitesse de traitement, de faible consommation d’énergie, de programmabilité, de reconfigurabilité et d’évolutivité.
Les travaux permettront également de faire progresser les connaissances et les technologies en photonique intégrée, avec d’importantes retombées potentielles dans des domaines tels que les télécommunications, les systèmes de détection avancés, les technologies radar et LiDAR, l’imagerie intelligente et l’optique quantique.
La chaire contribuera également à former une nouvelle génération de personnel hautement qualifié possédant des compétences recherchées dans les secteurs de l’intelligence artificielle et de la photonique avancée. Enfin, elle favorisera les collaborations avec l’industrie, notamment au Québec, ainsi que la valorisation et le transfert des connaissances et des technologies vers des applications concrètes et commercialisables.
Partenaires et collaborateurs
La chaire s’appuiera sur le vaste réseau de collaborations établi par le professeur Azaña avec des universités, des organismes de recherche et des partenaires industriels.
Parmi les principaux collaborateurs universitaires figurent des équipes de recherche de l’INRS, de l’Université McGill, de Polytechnique Montréal et de l’Université Laval au Québec, ainsi que de l’Université d’Ottawa, de l’Université de la Colombie-Britannique et de l’Université de Toronto au Canada, sans compter de nombreuses autres universités à l’international.
Les partenaires industriels au Québec et au Canada comprennent notamment FONEX, Enablence, Ki3 Photonics, MPB Communications, Aeponyx et Teledyne, entre autres.