La Chine réalise une percée dans la transmission optique à 2,5 péta-bits, ouvrant une nouvelle ère pour les infrastructures adaptées à l’IA

L’avènement de la transmission à l’échelle du péta-bit

Des chercheurs chinois ont repoussé les limites de la transmission de données en réalisant une communication bidirectionnelle en temps réel à 2,5 péta-bits par seconde sur une seule fibre optique. Cette avancée, annoncée par le Laboratoire national clé des technologies et réseaux de communication optique, rattaché à China Information and Communication Technologies Group Corporation, marque un tournant fondamental dans la manière dont l’humanité transmet des informations sur de grandes distances. Elle place la Chine à l’avant-garde des technologies de réseau optique de prochaine génération, alors que la demande mondiale de données s’accélère au-delà des capacités des infrastructures existantes.

Pour prendre la mesure de cette avancée, 2,5 péta-bits par seconde correspondent à environ 290 000 gigaoctets transmis chaque seconde. Concrètement, cette capacité permettrait de télécharger en une seconde 14 000 films en haute définition 4K, nécessitant chacun 20 gigaoctets de stockage. Un tel débit représente un bond d’un ordre de grandeur par rapport aux réseaux optiques commerciaux actuels et établit de nouvelles références pour les performances des infrastructures physiques de communication.

Yang Chao, chercheur au CICT ayant contribué au projet, a employé une image parlante pour expliquer l’importance de cette avancée.

Avant, nous construisions des autoroutes. Aujourd’hui, c’est plutôt comme si nous bâtissions un réseau de transport en trois dimensions.

Cette avancée intervient à un moment crucial, alors que la consommation mondiale de données connaît une croissance exponentielle. Les systèmes traditionnels à fibre monomode, qui constituent l’épine dorsale d’Internet depuis des décennies, approchent de leurs limites théoriques de capacité, tandis que l’intelligence artificielle, les grands modèles de langage et les vastes centres de données exigent une bande passante sans précédent. Le calendrier laisse penser qu’il ne s’agit pas d’une simple amélioration progressive, mais d’une évolution indispensable des infrastructures numériques.

Le fonctionnement de l’architecture à 24 cœurs

L’innovation à l’origine de ce débit record ne consiste pas simplement à accélérer une technologie existante, mais à repenser la structure physique même des fibres optiques. Alors que la fibre optique classique fonctionne comme une route à une seule voie, où les données circulent sur un seul canal, le nouveau système utilise une fibre monomode à 24 cœurs, créant ainsi 24 canaux parallèles dans un câble pas plus épais qu’un cheveu humain.

Cette approche, appelée multiplexage par division spatiale, marque un changement de paradigme en ingénierie optique. Les méthodes traditionnelles reposaient sur le multiplexage temporel ou en longueur d’onde, qui permettent de faire transiter davantage de données sur un même canal en jouant sur le minutage ou la couleur de la lumière. Elles se heurtent toutefois à des contraintes physiques fondamentales, notamment les effets optiques non linéaires et les limites de capacité de Shannon.

Avec une fibre à 24 cœurs, les chercheurs ont en quelque sorte créé une autoroute à plusieurs voies pour les photons. Chaque cœur fonctionne comme un guide d’ondes indépendant et transporte son propre trafic, à l’échelle du téra-bit, tout en préservant l’intégrité du signal sur de très longues distances. L’équipe du CICT a démontré avec succès une transmission bidirectionnelle : les données circulent simultanément dans les deux sens sur les 24 cœurs, ce qui double de fait le débit utile par rapport aux systèmes unidirectionnels.

L’explosion des données liées à l’intelligence artificielle

Cette avancée technologique survient précisément alors que les infrastructures numériques mondiales font face à leur plus grave crise de capacité. Les grappes de calcul modernes dédiées à l’entraînement de modèles d’intelligence artificielle et les centres de données consacrés aux grands modèles de langage produisent et consomment des volumes de données inimaginables il y a encore cinq ans. Selon les projections actuelles, les interconnexions optiques à l’échelle du péta-bit par seconde, aujourd’hui des prouesses de laboratoire, deviendront indispensables au cours de la prochaine décennie, avant d’être déployées commercialement peu après.

Les travaux sur les exigences en matière de puces photoniques pour les centres de calcul de prochaine génération montrent pourquoi l’avancée du CICT est si urgente. Les accélérateurs d’IA et les nœuds de calcul haute performance ont besoin de puces optiques d’entrée-sortie capables de gérer un trafic à l’échelle du péta-bit, afin que les unités de traitement ne manquent pas de données. Des difficultés techniques liées notamment à l’intégration des lasers, à la vitesse de modulation et au rendement des photodétecteurs ont jusqu’ici freiné les tentatives d’atteindre de tels débits.

Les systèmes traditionnels à fibre monomode, qui acheminent aujourd’hui la majeure partie du trafic Internet mondial, approchent peu à peu de leur capacité maximale. Sans des innovations comme les fibres multicœurs et les techniques de multiplexage avancées, les infrastructures physiques qui soutiennent le cloud computing, les services de streaming et les nouvelles applications d’IA seraient inévitablement confrontées à la congestion dans les prochaines années.

Dépasser le goulet d’étranglement du péta-bit

Atteindre des débits de transmission à l’échelle du péta-bit suppose de résoudre des défis d’ingénierie fondamentaux qui bloquent les chercheurs depuis des années. Selon de récentes études sur les besoins en puces photoniques des centres de calcul de prochaine génération, une capacité de l’ordre du péta-bit par seconde nécessite des avancées dans l’intégration des lasers, la vitesse de modulation, le passage à l’échelle du multiplexage et du démultiplexage, le rendement des photodétecteurs et la densité d’encapsulation. Ces difficultés s’accentuent à mesure que les centres de données se développent pour entraîner des modèles d’intelligence artificielle dotés de milliers de milliards de paramètres : même quelques microsecondes de retard dans le transfert des données peuvent alors prolonger l’entraînement de plusieurs jours ou semaines.

L’équipe du CICT a relevé ces défis grâce à des innovations en matière de transmission multibande, en utilisant simultanément différentes plages de longueurs d’onde pour multiplier le spectre disponible. En combinant le multiplexage par division spatiale, qui exploite les 24 cœurs physiques, et des techniques avancées de multiplexage en longueur d’onde, les chercheurs ont créé une approche de mise à l’échelle en deux dimensions qui contourne les limites des systèmes unidimensionnels. Cette stratégie hybride constitue la voie la plus réaliste vers les réseaux à l’échelle de l’exabit dont les générations futures auront besoin.

Les progrès de la science des matériaux ont également joué un rôle essentiel. La fibre à 24 cœurs fabriquée par Fiberhome Fujikura exigeait un contrôle précis des profils d’indice de réfraction de chaque cœur afin d’éviter la diaphonie entre les canaux. Toute fuite de signal d’un cœur à l’autre dégraderait la qualité de la transmission et rendrait inopérant le principe de l’autoroute à plusieurs voies sur de longues distances. Cette démonstration réussie montre que les fabricants chinois maîtrisent les techniques de fabrication sophistiquées nécessaires à la production commerciale de ces fibres avancées.

Validation technique et partenariat industriel

La réalisation du CICT dépasse le simple résultat de laboratoire. Elle valide la faisabilité technique de la combinaison du multiplexage par division spatiale et de la transmission multibande en conditions réelles, prouvant que des réseaux à l’échelle du péta-bit peuvent fonctionner de manière fiable hors d’environnements expérimentaux contrôlés. La collaboration a réuni trois organisations distinctes : le Laboratoire national clé du CICT, le laboratoire Pengcheng et l’entreprise Fiberhome Fujikura Optic Technology, associant recherche théorique, ressources de calcul et savoir-faire industriel.

Ce partenariat conjugue des capacités de recherche universitaire de pointe et une expertise en fabrication commerciale acquise au fil de décennies de production de fibres optiques. Fiberhome Fujikura apporte son savoir-faire pratique en matière d’étirage, de revêtement et de câblage des fibres, indispensable à la production de fibres à 24 cœurs à l’échelle industrielle. Le laboratoire Pengcheng fournit, quant à lui, les infrastructures de calcul haute performance nécessaires pour générer et vérifier des flux de données à l’échelle du péta-bit sans goulet d’étranglement. Cette démonstration réussie prouve que ces technologies peuvent passer des articles de physique théorique à des infrastructures déployables que les opérateurs télécoms pourront réellement installer et entretenir.

En tant qu’acteur central du secteur chinois des communications optiques, le CICT s’attache durablement à ce que l’industrie appelle les « trois ultra » : une très grande capacité, une très haute vitesse et une transmission sur de très longues distances. Cette avancée concrétise des années d’innovation indépendante dans les technologies optiques clés, notamment les formats de modulation avancés, les algorithmes de traitement numérique du signal et les amplificateurs optiques spécialisés. En obtenant ces résultats grâce à la recherche nationale, l’organisation renforce sa position à l’avant-garde du développement des réseaux de prochaine génération, tout en réduisant sa dépendance à l’égard des fournisseurs étrangers de composants optiques.

Concurrence mondiale et positionnement stratégique

Xiang Ligang, directeur général de l’Alliance technologique de l’industrie des applications de l’information et de la consommation modernes de Zhongguancun, a souligné la portée internationale de cette avancée.

Cette avancée renforce encore la position de premier plan de la Chine à l’échelle internationale dans le domaine des communications optiques et favorisera la modernisation et le développement de cette industrie.

Au XXIe siècle, le secteur des communications optiques est devenu un enjeu central de souveraineté technologique. Le contrôle des infrastructures fondamentales qui acheminent les flux mondiaux de données revêt un poids économique et stratégique considérable. Il influe sur tout, des tarifs des services cloud aux communications de sécurité nationale. Les pays et les entreprises qui domineront les normes de transmission de prochaine génération façonneront l’architecture de l’économie numérique pendant des décennies et détermineront qui tirera profit des infrastructures essentielles d’Internet.

En démontrant qu’une transmission à l’échelle du péta-bit est opérationnelle avant que de telles capacités ne deviennent une nécessité commerciale, les chercheurs chinois prennent une avance précieuse dans l’élaboration des normes, le dépôt de brevets internationaux et la préparation de la production industrielle. Les entreprises nationales sont ainsi mieux placées pour fournir les composants optiques, les câbles spécialisés et les équipements de transmission dont les opérateurs télécoms du monde entier auront inévitablement besoin pour moderniser leurs infrastructures et répondre à la croissance du trafic liée à l’IA. Une avance précoce dans les fibres multicœurs pourrait procurer un avantage durable comparable à celui dont ont bénéficié les entreprises occidentales grâce aux normes de la fibre monomode lors du déploiement initial d’Internet.

Du laboratoire au salon

Si la transmission à l’échelle du péta-bit peut sembler abstraite au consommateur moyen, ses effets se feront sentir dans les usages quotidiens des particuliers et des entreprises d’ici quelques années, et non quelques décennies. Cette technologie offre une transmission optique rapide et stable pour les réseaux mobiles avancés, les plateformes de cloud computing et l’analyse des mégadonnées. Elle rend ainsi possible l’économie fortement numérisée envisagée par les décideurs et les responsables technologiques en Asie et ailleurs.

Parmi les applications grand public immédiates figurent le streaming en direct en 8K sans mise en mémoire tampon, des interactions avec l’IA en temps réel donnant véritablement une impression d’instantanéité, et des jeux en nuage visuellement impossibles à distinguer d’un jeu exécuté sur une console locale. Dans le domaine médical, la technologie permettra notamment de transmettre en temps réel des images haute résolution pour des consultations en chirurgie à distance. Les marchés financiers bénéficieront, eux, d’avantages de latence de l’ordre de la microseconde dans les systèmes de trading algorithmique. Les industries manufacturières pourront mettre en œuvre des processus d’automatisation plus sophistiqués, grâce à des systèmes de commande centralisés communiquant instantanément avec des sites éloignés.

Plus important encore, cette abondance de bande passante résout le goulet d’étranglement lié au transfert des données qui freine actuellement le développement de l’intelligence artificielle. L’entraînement de réseaux neuronaux sophistiqués nécessite de transférer de vastes jeux de données entre les systèmes de stockage et les unités de traitement, au sein de grappes de calcul distribuées. Les réseaux à l’échelle du péta-bit permettent d’étendre les grappes d’IA au-delà de leurs limites actuelles et pourraient accélérer les avancées dans la recherche scientifique, la découverte de médicaments, la modélisation climatique et le développement des véhicules autonomes. Ces infrastructures rendront possible la prochaine vague d’innovations technologiques, qui dépendra de la circulation fluide de volumes massifs d’informations entre villes, pays et continents.

À retenir

• Le CICT et ses partenaires ont atteint un débit bidirectionnel de 2,5 péta-bits par seconde sur une fibre monomode à 24 cœurs, soit l’équivalent de 14 000 films 4K téléchargés en une seconde.
• Cette avancée repose sur le multiplexage par division spatiale, qui crée 24 canaux de données parallèles au sein d’une seule fibre au lieu de simplement accélérer la transmission traditionnelle sur un cœur unique.
• Les systèmes traditionnels de fibre optique approchent de leurs limites physiques de capacité, alors que l’IA, les grands modèles de langage et les centres de données réclament une bande passante toujours plus importante.
• Cette réalisation confirme la faisabilité technique des réseaux optiques de prochaine génération, qui devraient devenir indispensables au cours de la prochaine décennie pour soutenir l’informatique avancée.
• Parmi les applications figurent le streaming en 8K sans interruption, les interactions avec l’IA en temps réel, le cloud computing et l’accélération de l’entraînement des grappes d’intelligence artificielle.
• Cette avancée renforce la position de premier plan de la Chine dans les technologies mondiales de communication optique et consolide les capacités de production nationales.