Un radiotélescope composé de milliers d'antennes ressemble à une oreille géante qui entend tout le ciel à la fois. Mais l'oreille ne sait pas dessiner d'image : il faut multiplier les signaux de chaque paire d'antennes, et dans un réseau de dix mille éléments, il y a déjà cinquante millions de paires. Un corrélateur classique fait exactement cela, et sa complexité croît comme le carré du nombre d'antennes. Pour le futur télescope SKA-Low, avec ses dizaines de milliers d'éléments, cette approche se heurte à un mur.

Les auteurs de l'article ont transposé cette méthode sur de la logique programmable (FPGA), une puce qui exécute de nombreuses opérations en parallèle, telle une usine avec mille chaînes de montage. Le prototype sur la carte AMD Alveo V80 reçoit les signaux numérisés de 256 antennes, les répartit sur une grille régulière et applique une transformée de Fourier rapide. Résultat : toutes les 5 microsecondes, une image du ciel de 64×64 pixels naît. C'est comme photographier le ciel nocturne à 195 000 images par seconde.

Le test sur les données synthétiques de la station AAVS2 (prototype de SKA-Low) a montré que toutes les sources sont à leur place, y compris un sursaut artificiellement ajouté. L'estimation des ressources indique qu'une seule carte peut servir jusqu'à 20 000 antennes avec deux polarisations, soit 20 à 30 stations du cœur de SKA-Low. Pour comparaison, une implémentation GPU sur LWA-Sevilleta produisait des images toutes les 80 millisecondes avec une bande de 19,2 MHz. La nouvelle approche gagne en bande passante plusieurs fois et potentiellement d'un ordre de grandeur en taille de réseau.

Auparavant, on ne savait pas si la méthode pourrait passer à l'échelle de dizaines de milliers d'antennes et offrir une résolution milliseconde. Désormais, il est démontré qu'une seule carte commerciale gère un réseau de 20 000 éléments, en formant des images toutes les 5 microsecondes. Le secret réside dans le fait que les transformées de Fourier à faible précision sur FPGA s'exécutent en parallèle et avec une consommation d'énergie moindre que sur les processeurs graphiques. Ce n'est pas simplement une accélération, c'est un changement d'architecture : au lieu de stocker les corrélations, on calcule directement l'image, ce qui réduit radicalement les besoins en mémoire.

La photographie instantanée du ciel entier cesse d'être de la science-fiction. Dès aujourd'hui, cette approche peut être intégrée au corrélateur de SKA-Low pour une surveillance parallèle du ciel en temps réel. La prochaine étape est la validation sur des données réelles de la station AAVS2 à l'observatoire de Murchison. Si tout fonctionne, les radiotélescopes du futur ne calculeront plus des milliards de produits par paires, mais filmeront simplement le ciel, comme une caméra de cinéma filme la rue.