Systèmes Nanophotoniques

Notre objectif consiste à développer des dispositifs et systèmes nouveaux, en particulier en exploitant des plateformes compatibles CMOS, permettant l’intégration de l'électronique et de la photonique pour des applications dans le domaine de la sécurité et du calcul.

Notre approche se situe à la frontière entre le dispositif et le système où une forte expertise dans leur co-intégration (conception ?) est requise pour atteindre des performances optimales. Les principaux domaines de recherche sont i) l’intégrité du matériel et la sécurité de l’information, ii) le calcul stochastique et neuromorphique et iii) les communications à haut débit et à faible consommation d’énergie.

Intégrité du matériel et sécurité de l’information

Le nombre considérable de dispositifs interconnectés dans le monde de l’IdO (Internet des Objets, 42 milliards prévus en 2025) exige une sécurité renforcée tant au niveau de l’identification (intégrité du matériel) qu’au niveau de l’authentification (sécurité de l’information). Les approches matérielles actuelles qui évitent le stockage numérique d’une clé secrète pour la construction de couches de sécurité ne répondent pas aux exigences actuelles d’évolutivité (flexibilité ?), de robustesse et de fiabilité dans le paysage de la sécurité.
Dans ce contexte, nous nous concentrons sur le développement de fonctions physiques non clonables (PUF) basées sur la photonique qui devraient fournir un degré de robustesse plus élevé par rapport aux approches électroniques pures grâce au plus grand nombre de quantités physiques associées à un faisceau lumineux. De plus l’utilisation de plateformes compatibles CMOS et de techniques d’apprentissage automatique faciliteront le « passage à l’échelle » et amélioreront la fiabilité.

Collaborations : INL (Groupe de conception de systèmes hétérogènes) et RMIT (Microplatforms Research Group)
Projets en cours : Identification et authentification PHotonique-ELectronique avancée (APHELIA) – subvention IDEXLYON IMPULSION

Calcul stochastique et neuromorphique

Les limites actuelles des architectures Von-Neumann à base de transistors (par exemple en terme d’efficacité énergétique) exigent d’explorer des paradigmes de calcul moins traditionnels. En particulier, les approches exploitant des éléments et des architectures de mémoire non volatile (NVM), par exemple en imitant le fonctionnement du cerveau (calcul neuromorphique), présentent, pour des tâches spécifiques, des performances d’un ordre de grandeur supérieur en termes d’efficacité énergétique et de vitesse par rapport aux architectures traditionnelles.
Dans ce contexte, nous nous concentrons sur le développement de systèmes électroniques-photoniques exploitant des matériaux à changement de phase (PCM) avec une activation qui dépend d’un seuil et une réponse avec un effet mémoire, imitant ainsi le comportement des neurones et des synapses et fonctionnant de manière analogue à un bloc logique de multiplication et d’accumulation (MAC) pour le calcul stochastique.

Collaborations : INL (Groupe Conception de Systèmes Hétérogènes et Groupe Métasurfaces et Matériaux Accordables), CEA-LETI (Divisions Matériaux et Optique), Université de Concordia (Département ECE), Université de Bourgogne (Département Photonique), Polytechnique de Turin (TEST et SYSBIO Research Groups), RMIT (Microplatforms Research Group), Université de Gand (Photonic Research Group et Dambre Research Group).

Communications à haut débit et à faible consommation d’énergie

La demande actuelle de performances de calcul plus élevées en termes de bande passante et d’efficacité énergétique ne peut plus être satisfaite par des architectures purement électroniques en raison des limitations intrinsèques des interconnexions électriques et de la mise à l’échelle des transistors (loi de Moore) par rapport aux performances.
Certains paradigmes “Moore than Moore’’ utilisant des systèmes intégrés électronique-photonique ont été démontrés comme une solution potentielle pour résoudre les contraintes de communication I/O dans les systèmes de calcul.
Dans ce contexte, nous nous concentrons sur le développement de nouveaux dispositifs (ex. coupleurs, modulateurs…), systèmes et architectures basés sur des plateformes compatibles CMOS à des longueurs d’onde télécom en partant des principes de base et de simulations rigoureuses au niveau des dispositifs et des systèmes.

Collaborations : INL (Groupe de conception de systèmes hétérogènes), Université de Boston (Popović Research Group), Université de Berkeley (Stojanović Research Group), MIT (Physical Optics and Electronics Group), College of Nanoscale and Science Engineering (CNSE)

Membres du groupe

  • Coordinateur : Fabio Pavanello
  • Permanents : Xavier Letartre, Sébastien Cueff, Ian O’Connor (éq. CSH), Alberto Bosio (éq. CSH), Sébastien Le Beux (éq. CSH), Cédric Marchand (éq. CSH)
INL CNRS
). Intégration monolithique électronique-photonique dans un procès modifié bulk CMOS 65 nm