Мировая технологическая гонка вступает в новую фазу: традиционная электроника постепенно уступает место фотонике — науке о передаче данных с помощью света. Одним из лидеров в этой сфере становится Китай, активно разрабатывающий чипы, в которых вместо электрических сигналов используются световые. Это открывает дорогу к созданию устройств с огромной пропускной способностью и минимальным энергопотреблением.
Одним из самых ярких примеров этого технологического скачка стало последнее достижение исследователей из Университета Фудань. Они создали интегрированный кремниевый фотонный мультиплексор для многопорядковых режимов. Говоря проще, это устройство, которое может одновременно принимать несколько потоков данных и передавать их через один выходной канал — но делает это с помощью света, а не электричества.
Как работает фотонный мультиплексор?
Фотонный мультиплексор — это схема, которая позволяет передавать несколько независимых потоков информации через одно оптическое соединение. Если в обычных компьютерах используются электрические сигналы, которые проходят по медным проводникам, то фотонный чип передаёт данные с помощью лазеров и оптических волноводов. Это позволяет добиться намного большей скорости и уменьшить потери энергии.
Например, мультиплексор Университета Фудань способен обеспечивать пропускную способность до 38 Тбит/с. Для сравнения, это объём, позволяющий передать около 4,75 триллиона параметров большой языковой модели (LLM) за одну секунду. Такой скорости достаточно, чтобы за долю секунды обменяться данными между серверами, которые обучают ИИ, или передать огромные объёмы информации для суперкомпьютеров.
Почему это важно для будущего технологий?
Создание фотонных чипов — важный шаг на пути к новым архитектурам вычислений. Традиционные электронные чипы всё чаще сталкиваются с физическими ограничениями. С увеличением количества транзисторов на кристалле растёт потребление энергии, а тепловыделение становится критической проблемой.
Фотонные чипы, в свою очередь, позволяют:
- Существенно увеличить скорость передачи данных.
- Снизить энергопотребление.
- Уменьшить задержки между компонентами системы.
- Минимизировать нагрев.
Это особенно актуально для таких сфер, как искусственный интеллект, облачные вычисления, обработка больших данных и квантовые коммуникации.
Объединение фотоники и электроники: ключевой технологический прорыв
Одним из главных достижений китайских учёных является успешная интеграция фотонных и электронных систем. Большинство современных чипов работают на основе технологии КМОП (комплементарные металл-оксидные полупроводники), которая хорошо себя зарекомендовала в традиционной электронике.
Новый фотонный мультиплексор Университета Фудань сочетает преимущества КМОП с возможностями фотоники. Это позволяет передавать данные с минимальными задержками, соединяя фотонные каналы со стандартными электронными компонентами. Такая гибридная архитектура делает новые чипы совместимыми с существующими вычислительными системами, что существенно упрощает их внедрение.
Глобальная гонка: сможет ли Китай опередить США?
Сегодня разработка фотонных чипов стала частью глобального технологического противостояния. Пока США и Европа вкладывают миллиарды в развитие полупроводниковой промышленности, Китай делает ставку на прорывные технологии, включая фотонику.
Если китайские учёные действительно смогут наладить серийное производство фотонных мультиплексоров и других компонентов оптических чипов, это станет серьёзным шагом к технологическому лидерству в этой области. Уже сейчас эксперты опасаются, что в течение ближайшего десятилетия Китай может обогнать США по уровню развития чиповой индустрии.
Как отмечают источники в американских технологических кругах, Китай готов изменить стратегический курс и сосредоточить усилия на новых принципах вычислений. Это не просто модернизация существующих решений, а переход к совершенно другому типу процессоров, где электроны уступают место фотонам.
Почему фотонные чипы — это будущее?
Фотонные чипы решают сразу несколько проблем, с которыми столкнулась традиционная микроэлектроника:
- Электрические провода создают сопротивление, что ограничивает скорость передачи данных — в оптических волокнах такой проблемы нет.
- Передача данных с помощью света снижает энергопотребление, что критически важно для дата-центров и суперкомпьютеров.
- Фотоника позволяет создать более компактные и производительные устройства, способные работать с огромными массивами данных в реальном времени.
Что будет дальше?
Хотя разработки в области фотонных чипов находятся на ранней стадии, китайский мультиплексор из Университета Фудань — это реальный шаг к промышленной реализации этих технологий. Если Китай сможет наладить массовое производство подобных компонентов, это изменит рынок микросхем, сделав фотонику массовой технологией, а не лабораторным экспериментом.
Многие технологические гиганты уже сейчас внимательно следят за ситуацией. Кремниевая фотоника может стать основой для новых поколений суперкомпьютеров, серверов ИИ и телекоммуникационных систем. Это значит, что борьба за лидерство в этой области будет только нарастать.