Ordinateur optique

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L'élaboration d'ordinateurs optiques est l'une des pistes explorées afin d'améliorer encore les performances des ordinateurs actuels (dont la progression est limitée par la miniaturisation de ses composants: il n'est pas possible d'en réduire la taille indéfiniment). Cependant, les nombreuses difficultés de mise en oeuvre d'un tel système rendent plus qu'hypothétique la sortie d'un ordinateur purement optique: on espère cependant pouvoir utiliser ce concept pour la résolution de problèmes bien particuliers.

[modifier] Principe de fonctionnement

[modifier] Inconvénients

L’universalité de l’ordinateur électronique vient de la complète liberté que l’on a de stocker en mémoire les vecteurs de l’information, les électrons, et de les utiliser de manière déterministe dans des opérations combinatoires grâce aux réseaux d’interconnexions des circuits. Tel n’est pas le cas en optique : les particules lumineuses – les photons – ne se stockent pas et la mémoire à photons n’existe donc pas. Il est difficile de transférer un photon d’un point à un autre : il se propage en ligne droite (aux phénomènes de diffraction près : voir photon, diffraction). On peut certes faire des guides optiques de formes variées, mais ils sont d’une complexité de réalisation bien plus grande que celle du simple fil métallique conducteur.

D'autre part, le terme d’« ordinateur optique » recèle déjà en lui-même une ambiguïté. Alors que l’informatique habituelle permet de traiter par la programmation des problèmes dits universels, les systèmes à base d’optique ne se prêtent bien qu’à la résolution de certains problèmes, en particulier ceux qui concernent le traitement de signal et d’image.

[modifier] Atouts

L’optique possède cependant certains atouts : elle utilise les trois dimensions de l’espace, puisqu’à une direction de propagation sont associées deux directions perpendiculaires suivant lesquelles on peut réaliser des images. Toute lentille réalise sur une image une opération algébrique extrêmement utile, la transformation de Fourier sur deux variables d’espace (les deux directions perpendiculaires à la propagation). Sans entrer dans le détail, cette opération est à la base de nombreuses applications spécialisées, telle la reconnaissance d’image.

En termes de puissance de calcul, les ordinateurs optiques de laboratoire donnent des performances très remarquables, jusqu’à 5 Z 1012 opérations par seconde (5 TeraOPS) ; encore faut-il insister sur le fait qu’il ne s’agit alors que d’opérations spécialisées de traitement de signal. La comparaison avec l’électronique doit se faire avec des circuits intégrés spécialisés pour une opération de traitement de signal, et qui ont donc des performances bien supérieures à celles des microprocesseurs universels : un circuit de traitement de signal tel que le STi 3220 pour l’analyse de mouvement d’images vidéo, comprenant un million de transistors réparti en 256 processeurs, a une puissance de calcul de 14 000 MFLOPS, alors qu’un microprocesseur de mêmes taille et technologie ne réalise que 50 MFLOPS.

Comme on le voit, les spécificités de l’ordinateur optique en font plutôt un processeur de signal ou d’image. Bien qu’étudiés depuis la fin des années 1950, il semble que ce ne soit qu’à la fin de la décennie de 1990 que les premières mises en œuvre apparaitront.