Les modèles d’intelligence artificielle (IA) évoluent rapidement et deviennent de plus en plus complexes. Les ordinateurs, les serveurs et les grands centres de données doivent donc s’appuyer sur des processeurs électroniques toujours plus puissants, qui consomment davantage d’électricité. Résultat : des coûts plus élevés et un impact accru sur l’environnement. C’est ce constat qui a amené Mahdi Chegini, doctorant en génie électrique et informatique, à concevoir un nouveau matériel pour soutenir l’IA de manière plus efficace et durable.
Du matériel d’IA plus puissant et durable
Depuis le début de ses études il y a trois ans, Mahdi Chegini se passionne pour la photonique des micro-ondes appliquée à l’IA et au calcul optique. « Ce domaine m’a attiré parce qu’il offre une voie prometteuse vers des systèmes d’IA plus rapides et plus écoénergétiques. »
La photonique des micro-ondes utilise la lumière et les micro-ondes pour améliorer la vitesse, l’efficacité et la consommation d’énergie des modèles d’IA. Le doctorant s’est intéressé à l’usage de la lumière, plutôt que des signaux électriques, pour effectuer efficacement les calculs complexes qu’utilisent les systèmes d’IA. « Mes travaux s’attaquent à l’un des défis les plus pressants en intelligence artificielle aujourd’hui : augmenter la puissance de calcul, sans faire grimper la consommation d’énergie. En mettant au point des systèmes optiques plus robustes, je cherche à rendre le matériel d’IA plus performant et plus durable », explique-t-il.
Il souligne le soutien de son directeur de recherche, le professeur Jianping Yao, ainsi que l’apport de l’entreprise CMC Microsystèmes, qui a contribué aux essais et à la fabrication du matériel d’IA.
Un petit dispositif aux répercussions énormes
Les recherches de Mahdi Chegini portaient sur la mise au point de matériel d’IA conçu pour améliorer les performances. Après avoir envisagé la fibre optique et la photonique au silicium, il a finalement opté pour cette dernière. « Le problème avec la fibre optique, c’est qu’elle n’est pas très compacte. La photonique au silicium est particulièrement intéressante, car elle nous permet d’intégrer les avantages des grands systèmes optiques dans une très petite puce, d’à peine quelques millimètres ».
Le doctorant a mis au point la puce de silicium PICA (pour « photonic integrated convolutional accelerator » ou accélérateur photonique intégré de convolution), qui a été produite à Singapour par Advanced Micro Foundry (AMF), un fabricant en photonique au silicium. Elle a été spécialement conçue pour réaliser des opérations de convolution, l’un des types de calculs les plus énergivores en IA couramment utilisé pour la reconnaissance d’images, de texte et vocale.
Du concept à la mise à l’essai
Après un an de conception et de fabrication, la puce PICA était prête pour la phase d’essais. Mahdi Chegini affirme que, grâce à un nouvel algorithme et à une nouvelle architecture du système, sa puce a permis de doubler l’efficacité de l’IA, ce qui a considérablement réduit sa consommation d’énergie. « La puce peut déjà atteindre des vitesses de centaines de milliards d’opérations par seconde, et pourrait même atteindre des milliers de milliards, tout en consommant moins d’un watt, explique-t-il. Cette technologie peut améliorer considérablement la vitesse globale et l’efficacité énergétique du matériel d’IA. »
Avec la dépendance croissante des personnes, des organisations et des secteurs d’activité aux systèmes d’IA, il devient essentiel de gérer de manière responsable leur consommation d’énergie. C’est pourquoi Mahdi Chegini souhaite aller plus loin afin d’améliorer les performances et l’efficacité énergétique de la puce. « Notre objectif à long terme est de concevoir une puce photonique capable de surpasser les processeurs électroniques actuels les plus avancés ». Ses recherches ouvrent la voie à des systèmes d’IA qui sont à la fois pratiques et durables.
Il souhaite poursuivre sa carrière en génie dans les domaines de la photonique, de l’informatique et de la conception de matériel. « J’aimerais faire carrière en recherche et en innovation, tant dans le milieu universitaire que dans le secteur privé. J’espère contribuer à des avancées qui vont faire progresser le matériel d’IA. »
La photonique pour l’IA, une priorité de la Faculté de génie de l’Université d’Ottawa
La photonique pour la fabrication de dispositifs et de réseaux et pour la production d’énergie compte parmi les cinq principaux domaines de recherche de la Faculté de génie de l’Université d’Ottawa. L’Université s’engage à optimiser l’utilisation de l’intelligence artificielle pour un avenir plus propre et plus vert.
Le projet de Mahdi Chegini lui a valu la première place dans la catégorie photonique pour la fabrication de dispositifs et de réseaux et pour la production d’énergie lors de l’édition 2026 de la Compétition d’affiches des études supérieures en génie et en informatique, qui s’est tenue à l’occasion de la Journée de célébration de la recherche en génie. Son affiche, intitulée « A Next-Generation Silicon Photonic Accelerator for Efficient AI Computing », a grandement impressionné les juges.
