Учёные MIT приблизились к созданию чипов петабитного уровня благодаря прорыву в фотонной интеграции
Исследователи из Массачусетского технологического института сделали шаг к созданию микрочипов, способных передавать данные со скоростью более одного петабита в секунду. Прорыв связан с развитием технологий интеграции электронных и фотонных компонентов, которые позволяют значительно повысить скорость передачи информации при одновременном снижении энергопотребления. Работа ведётся в рамках программы FUTUR-IC, направленной на развитие гибридных электронно-фотонных систем.
Рост вычислительных нагрузок, связанный с развитием искусственного интеллекта, облачных вычислений и крупных центров обработки данных, всё сильнее ограничивается возможностями традиционной электроники. Передача данных по электрическим соединениям становится энергозатратной и медленной на фоне стремительного увеличения объёмов информации. Именно поэтому учёные всё чаще рассматривают фотонику как основу будущих вычислительных архитектур.
Ключевая идея исследований MIT заключается в более эффективном объединении электронных и фотонных чипов. Электроника отвечает за обработку информации, используя электрические сигналы, тогда как фотоника обеспечивает передачу данных с помощью света. Такой подход позволяет преодолеть ограничения сопротивления и тепловых потерь, характерные для классических электрических соединений.
В рамках программы FUTUR-IC исследователи представили новые устройства, которые упрощают интеграцию фотонных компонентов в микрочипы. Среди них два новых типа оптических соединителей — эвaнесцентный соединитель и градиентный соединитель с изменяющимся показателем преломления. Эти элементы обеспечивают более эффективную передачу светового сигнала между фотонными структурами.
Кроме того, исследователи использовали ранее разработанный оптический соединитель под руководством профессора Джу Джуна Ху. Вместе эти технологии можно рассматривать как аналог «паяных соединений» в электронике, но для света: они позволяют объединять фотонные элементы так же, как металлические контакты соединяют электрические микросхемы.
Фотонные системы имеют важное преимущество перед электрическими. В отличие от электронных сигналов, которые теряют энергию при увеличении скорости передачи, свет способен переносить значительно большие объёмы информации с меньшими потерями. Это делает фотонные технологии особенно перспективными для центров обработки данных и систем искусственного интеллекта.
По словам директора программы FUTUR-IC Ану Агарвал, долгосрочная цель исследований заключается в достижении скоростей передачи данных свыше одного петабита в секунду. Учёные считают, что будущее вычислительных систем будет основано на разделении функций: электроника займётся вычислениями, а фотоника — передачей информации.
Актуальность этих разработок растёт на фоне увеличения энергопотребления центров обработки данных, которые уже сейчас потребляют значительную долю мировой электроэнергии. Фотонная интеграция рассматривается как один из наиболее эффективных способов увеличения пропускной способности без пропорционального роста энергозатрат.
Исследователи подчёркивают, что вместо создания универсального решения они разрабатывают несколько типов оптических соединителей, каждый из которых оптимизирован под разные задачи. Эванесцентный соединитель проще в производстве и позволяет плотную упаковку элементов, тогда как градиентный соединитель обеспечивает работу в более широком диапазоне длин волн.
Помимо разработки аппаратных решений, программа FUTUR-IC включает и дополнительные направления. Среди них — создание платформы Earthster, предназначенной для оценки экологического воздействия производства микрочипов, а также образовательные программы по повышению эффективности использования ресурсов в полупроводниковой отрасли.
Хотя коммерческое применение этих технологий пока остаётся делом будущего, MIT уже сегодня формируют основу для нового поколения вычислительных систем, в которых ключевую роль будут играть гибридные электронно-фотонные архитектуры.