Электронные чипы десятилетиями были основой всех цифровых устройств, но растущие объемы данных заставляют инженеров искать новые решения. Все чаще на помощь приходит свет — фотонные чипы уже начинают работать вместе с традиционной электроникой, беря на себя самую энергозатратную часть: передачу больших объемов информации.
В отличие от классических микросхем, фотонные чипы оперируют не электричеством, а светом. Для этого в них используются миниатюрные лазеры, волноводы и модуляторы. При этом фотоника не собирается заменять электронику — эти две области все активнее учатся взаимодействовать в рамках одной системы.
В основе электронных чипов лежат миллиарды кремниевых транзисторов. Они включаются и выключаются, выполняя расчеты, храня данные и управляя оборудованием. Эта технология доведена до совершенства и остается фундаментом современных вычислений. Однако у нее есть уязвимое место: пересылка огромных объемов данных по электрическим цепям требует много энергии и ведет к сильному нагреву. В центрах обработки данных, где процессоры обмениваются терабайтами информации, это превращается в серьезную проблему.
Свет способен нести информацию с колоссальной пропускной способностью, причем на значительных расстояниях внутри системы. Это делает оптические соединения идеальными для связей между процессорами, памятью и сетевым оборудованием. Например, в Intel уже разрабатывают интегрированную фотонику, чтобы подвести оптику как можно ближе к вычислительным блокам. Для систем искусственного интеллекта, где объемы пересылаемых данных колоссальны, это может стать решающим фактором.
Однако полностью перейти на свет не получится — по крайней мере, пока. Электроника по-прежнему лучше справляется с логикой и управлением. А у фотонных схем есть свои инженерные сложности: для генерации и детектирования света нужны специальные материалы, а интегрировать лазеры с кремнием непросто, потому что сам кремний свет излучает плохо. Фотоника пока не делает любые вычисления быстрее — ее главный козырь именно в передаче данных, а не в замене транзистора как универсального элемента.
Так что будущее, скорее всего, за сосуществованием. Электроника возьмет на себя сложную обработку и контроль, а фотонные компоненты обеспечат скоростные магистрали для обмена информацией между частями системы. Уже сейчас ведутся работы по интеграции оптики напрямую с КМОП-электроникой. Итог прост: электронные чипы лучше считают, фотонные — лучше передают. Самые мощные системы завтрашнего дня будут использовать и тех, и других, позволяя электронам и фотонам делать то, что у них получается лучше всего.
Читайте также:
Искусственный интеллект Google дал откровенное интервью о своих недостатках
Гибкие и прозрачные кремниево-фотонные чипы для носимой электроники повторяют контуры тела