Опрос
|
реклама
Быстрый переход
Китайцы создали «полароид» для астрономии — он делает мгновенные снимки Вселенной с рекордной точностью
17.10.2025 [21:10],
Геннадий Детинич
Китайские учёные из Университета Цинхуа (Tsinghua University) разработали инновационный оптический чип Yuheng (Rafael) размером с ноготь, способный анализировать свет в режиме реального времени с высочайшей спектральной точностью, ранее доступной лишь для громоздких лабораторных установок. На основе чипа они создают прибор для установки на Большой Канарский телескоп с самым большим в мире зеркалом — 10,4 м, и обещают революцию в астрономии и не только. 
Источник изображения: Tsinghua University Разработка на несколько порядков ускорит сбор информации о Вселенной. Например, данные обо всех звёздах Млечного Пути, доступных для наблюдения в телескоп GTC (Gran Telescopio CANARIAS), с помощью прибора с чипом Rafael можно будет собрать менее чем за десять лет, тогда как в случае альтернативных наблюдений на это понадобятся несколько тысячелетий. Прорывная технология создана благодаря сочетанию знаний в области оптики, искусственного интеллекта и материаловедения, что позволило преодолеть традиционный компромисс между разрешением и эффективностью. Иначе говоря, либо данные получаются быстро, но с низким разрешением, либо — медленно, но с множеством деталей. Новая разработка позволит собирать данные с невообразимым разрешением в реальном времени и в компактном форм-факторе. Эта компактность может проявить себя также в роботизированном зрении, автопилотах и анализаторах чего угодно — от дистанционного зондирования состава почв коптерами до проверки качества продуктов на полках магазинов. Однако самым первым проектом китайской команды станет разработка оптического анализатора для крупнейшего в мире наземного телескопа с одним зеркалом — Большого Канарского телескопа, расположенного на Канарских островах в Испании. Китайские учёные посетили эту площадку в мае текущего года и договорились о партнёрстве. Этот телескоп используется для изучения звёзд, галактик, тёмной материи и чёрных дыр, и тестирование, о чём также заявлено в свежей публикации в журнале Nature, станет ключевым шагом на пути от лабораторного прототипа к практическому применению. Чип Yuheng демонстрирует выдающиеся характеристики: он способен различать цвета (обладает спектральной чувствительностью) с шагом менее 0,1 нм, обеспечивая разрешение в 100 раз выше, чем у аналогичных устройств для моментальной спектроскопии. Благодаря высокой скорости обработки — до 10 000 звёзд в секунду — технология позволит кратно сократить время наблюдений. Исследователи подчёркивают, что заявленная производительность достигается без значительных потерь света, что делает решение идеальным для интеграции в компактные системы. Принцип работы чипа Rafael основан на вычислительной оптике, где вместо традиционного расщепления света на спектральные компоненты применяется кодирование всего пучка света уникальным паттерном внутри устройства. Тем самым возникает явление интерференции между опорным и анализируемым потоком. В основе чипа лежит кристалл ниобата лития, который под напряжением способен изменять направление света, а для последующего декодирования и восстановления спектральной информации используются ИИ-алгоритмы. Весь анализ происходит на лету, без задержек. Чип пропускает 73 % входящего света и работает на скорости 88 кадров в секунду, минимизируя потери яркости и обеспечивая сверхвысокое цветовое разрешение в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Потенциальные применения Yuheng выходят далеко за рамки астрономии: в медицине он позволит разрабатывать неинвазивные методы анализа тканей для диагностики (с проникновением в ткани в инфракрасном диапазоне), в сельском хозяйстве и экологии — определять загрязнители и качество почвы с помощью дронов, а в автономных автомобилях — точнее различать дорожные знаки, покрытие и препятствия в сложных условиях освещения. Роботы и медицинские сканеры также выиграют от такого «сверхзрения». В будущем команда сосредоточится на повышении стабильности чипа, интеграции встроенных вычислений для ускорения обработки данных и адаптации дизайна для широкого коммерческого и научного использования, тем самым обещая революцию в оптических технологиях. Учёные создали первую в мире ПЛИС для кремниевой фотоники — она сулит революцию в квантовой и классической электронике
15.10.2025 [11:35],
Геннадий Детинич
Международная группа учёных представила первый мире программируемый оптический чип, который уже назвали фундаментальным сдвигом в разработке квантовой и обычной электроники. В оптике всегда работало ограничение: один чип — одна функция. Оптический чип с программируемыми функциями принесёт гибкость в оптические схемы и откроет для фотоники новые горизонты в науке, промышленности и даже в повседневной жизни. 
Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews Устройство разработано исследователями из NTT Research, Корнеллского (Cornell) и Стэнфордского (Stanford) университетов. «Эти результаты знаменуют собой отход от традиционной парадигмы нелинейной оптики, в которой функции устройств фиксируются на этапе производства, — сказал Рётацу Янагимото (Ryotatsu Yanagimoto), учёный из NTT Research, который руководил исследованием под руководством доцента Корнеллского университета Питера Л. МакМахона (Peter L. McMahon). — Это расширяет возможности применения нелинейной фотоники в ситуациях, когда быстрая перенастройка устройств и высокая производительность не просто удобны, а необходимы». До сих пор для реализации каждой новой оптической функции требовалось отдельное устройство, что увеличивало стоимость и сложность производства таких схем, а также снижало выход годной продукции из-за производственных дефектов. В обычной кремниевой электронике от подобных ограничений избавили ПЛИС или FPGA, однако фотоника требует иного подхода. В качестве основы для оптической «ПЛИС» учёные создали базовую схему — ядро — из нитрида кремния. Этот материал прозрачен для инфракрасного диапазона и способен работать как линзы из стекла для видимого света. Впрочем, программируемая фотонная схема работает иначе. На чипе создаются волноводы, которые всегда остаются неизменными. Но на них проецируется свет — импульсы лазера, который, по сути, выступает в роли пространственного модулятора. Так создаются зоны с нелинейной интенсивностью света, со сдвигами фаз или области, в которых проявляется интерференция световых волн «схемы» и полезного сигнала. 
Источник изображения: Nature 2025 За счёт возбуждения электронов в волноводах и благодаря различным поверхностным эффектам при стимуляции строго заданными паттернами наложенного света схема выполняет ту или иную заданную функцию. Для её перепрограммирования достаточно «посветить» на чип определённым узором — переключение происходит мгновенно. Используя предложенный метод, учёные продемонстрировали произвольное формирование импульсов, настраиваемую генерацию второй гармоники, голографическую генерацию пространственно-спектрально структурированного света и изменяемое проектирование нелинейно-оптических функций в режиме реального времени. «Это открытие в корне меняет принцип работы нелинейных фотонных устройств, — сказал Янагимото. — Впервые появилась возможность использовать нелинейную оптику в крупномасштабных оптических схемах, реконфигурируемом квантовом преобразовании частоты, синтезаторах произвольной оптической формы сигнала и широко настраиваемых классических и квантовых источниках света». Импульс от этого изобретения может распространиться далеко за пределы лаборатории. Согласно отчёту IDTechEx, к 2035 году годовой доход от рынка фотонных интегральных схем может превысить $50 млрд. Этот рынок охватывает передачу данных, телекоммуникации, квантовые технологии, датчики и лидары. Возможность программировать фотонные устройства после их изготовления может значительно сократить расходы на исследования, разработки и производство, одновременно повышая эффективность. Это также сделает оптические системы более компактными и энергоэффективными за счёт сокращения количества необходимых компонентов. Подобная гибкость может привести к прорывам в таких областях, как квантовые вычисления, где программируемые квантовые источники света и преобразователи частоты способны повысить эффективность вычислений и сетевых подключений. Это также может увеличить производительность телекоммуникационных систем за счёт использования настраиваемых источников света для сетей 5G и будущих систем 6G. Исследователи видят огромный потенциал в своей разработке. В дальнейшем учёные планируют изучить, как программируемые нелинейности в оптике могут проявить себя в более широком спектре материалов и как эта технология может быть развита для выполнения функций на квантовом уровне. Медный век: глава Nvidia убеждён, что кремниевая фотоника получит распространение ещё очень не скоро
18.08.2025 [09:59],
Алексей Разин
Кремний многие десятилетия служил человечеству в качестве основного полупроводникового материала, пригодного для работы в компьютерных системах, но преимущественно в сочетании с медью, а следующим шагом многие эксперты считают кремниевую фотонику, позволяющую передавать информацию со скоростью света. Глава Nvidia убеждён, что медные проводники ещё долго будут применяться в вычислительной сфере. 
Источник изображения: Nvidia В одним из своих интервью глава и основатель Nvidia Дженсен Хуанг (Jensen Huang) признался, что технология кремниевой фотоники удалена от массового внедрения как минимум на несколько лет. Компьютерная отрасль будет вынуждена использовать медные проводники в качестве основного канала передачи информации в вычислительных системах максимально долго. И только в отдалённом будущем, если это станет необходимостью, возможен переход к кремниевой фотонике. Непосредственно Nvidia при этом занимается активной разработкой сопутствующих технологий, опираясь на помощь тайваньской TSMC. Коммутаторы Quantum-X и Spectrum-X будут представлены во второй половине этого и следующего года соответственно. Они позволяют объединить работу 220 млн транзисторов с 1000 интегральных микросхем на фотонике. Добавим, что Intel также давно экспериментирует с кремниевой фотоникой, и свои прототипы в данной сфере продемонстрировала ещё пару лет назад, но последующие проблемы в бизнесе вынудили её снизить темпы прогресса на этом направлении. Свет против санкций: опытный китайский оптический чип Meteor-1 вдвое опередил GeForce RTX 4090 в задачах ИИ
24.06.2025 [15:03],
Геннадий Детинич
США запретили продавать в Китай новейшие ускорители Nvidia и другие, на что учёные из Поднебесной нашли ассиметричный ответ — создали мощнейший оптический процессор с впечатляющим набором характеристик. Изюминкой чипа Meteor-1 для оптических вычислений стал высочайший параллелизм, достигнутый относительно простыми средствами. Этого свойства не хватало вычислительной оптике, которая ранее доказала свою эффективность и поддержку высоких частот. 
Источник изображений: SIOM «Оптические вычисления ... могут удовлетворить постоянно растущие вычислительные потребности искусственного интеллекта и создать волну новых приложений», — сообщают учёные в статье, где рассказывается о проекте. Согласно отчёту китайского издания DeepTech, опубликованному на прошлой неделе, чип достигает теоретической пиковой вычислительной мощности в 2560 TOPS (триллионов операций в секунду) при оптической частоте 50 ГГц — это уровень производительности, сравнимый с передовыми графическими процессорами Nvidia. В частности, новейшая видеокарта Nvidia GeForce RTX 5090 достигла максимума в 3352 TOPS, в то время как её предыдущий флагман — RTX 4090 — достиг производительности только на уровне 1321 TOPS. Чип Meteor-1 стал первым, кто бросил вызов коммерческим новинкам. Поскольку традиционные электронные процессоры сталкиваются с фундаментальными физическими ограничениями, связанными с выделением тепла, квантовыми эффектами и непомерным энергопотреблением, оптические вычисления становятся важнейшим направлением для развития в будущем. Присущие им преимущества, такие как сверхвысокая скорость, широкая полоса пропускания, низкое энергопотребление и минимальная задержка, позволяют им преодолевать эти барьеры. Прогресс в области оптических вычислений уже давно сосредоточен на решении двух ключевых задач: увеличении размера матрицы из переключателей, модуляторов и других компонентов, а также увеличении оптической частоты. Существующие прототипы, примером которых являются чипы TSMC и Калифорнийского технологического института, преодолевают как технические, так и физические ограничения. Это подводит к следующему барьеру, за которым следует наращивание параллелизма в вычислениях. В опубликованной 17 июня статье в журнале eLight, Се Пэн (Xie Peng) и Хан Силинь (Han Xilin) из Шанхайского института оптики и точной механики (SIOM), а также Ху Гуанвэй (Hu Guangwei) из Наньянского технологического университета (NTU) в Сингапуре подробно описали новую оптическую вычислительную систему, которая может поддерживать более 100 частотных каналов в одном фотонном чипе. «Это достижение позволяет в 100 раз увеличить (и даже больше) производительность оптических вычислений за счёт сверхвысокого параллелизма без увеличения размера чипа, предлагая новый технологический путь для будущих оптических компьютеров», — говорится в документе. Интегрированная система Meteor-1 имеет полностью разработанную собственными силами архитектуру, включающую блок источника света, оптического взаимодействия, оптических вычислений и плату драйвера матрицы модуляции. В микросхеме источника света используется встроенная оптическая частотная гребенка с микрополостным резонатором, выходной спектр которой превышает 80 нм и поддерживает более 200 длин волн. Этот многоволновой источник на основе одной микросхемы заменяет сотни отдельных лазеров, что значительно уменьшает размеры системы, а также снижает энергопотребление и стоимость при одновременном повышении степени интеграции.  Основной оптический вычислительный чип может похвастаться высокой пропускной способностью и параллельной обработкой сигнала с низкой задержкой. В дополнение к этому, специально разработанная плата драйвера имеет более 256 каналов для точного управления оптическим сигналом и эффективной обработки. В процессе экспериментов Meteor-1 установил мировой рекорд по одновременному выполнению более 100 задач. Работая на частоте 50 ГГц, один чип обеспечил теоретическую максимальную вычислительную мощность более 2560 TOPS. «С нашей схемой параллельных оптических вычислений ключевые показатели, такие как эффективность вычислений, энергопотребление и задержка, потенциально могут превзойти традиционные электронные вычисления, — заявили учёные. — Мы твёрдо верим, что оптические вычисления, которые благодаря нашему подходу могут решить проблему масштабируемости, могут удовлетворить постоянно растущие вычислительные потребности искусственного интеллекта и породить волну новых приложений». Лазейки в санкциях позволили Китаю создать первый в мире полный цикл производства передовых фотонных чипов
13.06.2025 [12:35],
Геннадий Детинич
Китайские СМИ сообщили, что в стране создан первый в мире полный цикл производства фотонных чипов на тонкоплёночном ниобате лития (LiNbO₃). Пилотная линия будет ежегодно обрабатывать 12 000 пластин диаметром 6 дюймов (150 мм). Это мелкосерийное и штучное производство, ориентированное на научные и опытные цели. Ниобат лития считается одним из наиболее перспективных материалов для кремниевой фотоники, которая обещает революцию в области связи, вычислений и квантовых технологий. 
Источник изображений: CHIPX Линия создана после 15 лет разработки техпроцессов в Центре по исследованию и производству фотонных чипов Jiao Tong University Chip Hub for Integrated Photonics Xplore (CHIPX) — научно-производственном центре при Шанхайском университете Цзяо Тун, расположенном в городе Уси, провинция Цзянсу, Китай. Строительство опытной производственной линии началось в 2022 году и заняло три года. В составе линии — более 110 современных инструментов для изготовления КМОП-чипов (CMOS). Линия полностью самодостаточна: она включает фотолитографию, нанесение тонких плёнок, травление, обработку, нарезку, метрологию и упаковку — всё это разработано специально для работы с тонкими плёнками из ниобата лития.  Разработчики техпроцесса и производственной линии подчёркивают, что всё оборудование закуплено у зарубежных поставщиков. Обработка 150-мм подложек не подпадает под действие санкций США и их партнёров, что позволило китайским инженерам без помех создать уникальную производственную инфраструктуру. Часть оборудования уже научились обслуживать в стране, что снижает риск негативного воздействия возможных новых санкций. В будущем разработчики намерены использовать либо восстановленное оборудование, либо отечественные аналоги — это потребуется для перехода на обработку подложек диаметром 200 мм.  Ниобат лития считается перспективным материалом для использования в фотонных чипах в широком спектре задач. Его нелинейные оптические свойства позволяют создавать, например, умножители частоты и модуляторы, а высокая чистота материала и широчайшая пропускная способность — до 110 ГГц при минимальных затуханиях — делают его идеальным для создания как фотонных процессоров (логических схем), так и интерфейсов. Всё это необходимо для развития технологий связи шестого поколения (6G), искусственного интеллекта и квантовых платформ. Китай готов менять реальность в этих сферах — пока не в массовом объёме, но вполне достаточном для формирования точек технологического прорыва. Те разработки, на реализацию которых раньше уходил целый год, теперь могут воспроизводиться каждую неделю благодаря новой линии. Российские и немецкие учёные разогнали оптический транзистор до 240 ГГц
01.05.2025 [21:41],
Геннадий Детинич
Около шести лет назад международная группа учёных при участии исследователей из «Сколтеха» разработала полностью оптический универсальный логический вентиль — перспективную альтернативу электронным транзисторам. Такие оптические переключатели способны работать при крайне низком энергопотреблении и в десятки, а то и сотни раз быстрее кремниевых аналогов. В новой работе учёные протестировали устройство на пределе его возможностей и выявили ключевые ограничения. 
Схематическое представление органического микрорезонатора, работающего как логический элемент, у которого выходной сигнал зависит от синхронизации входных импульсов и от того, было ли исчерпано предыдущее состояние. Источник изображения: Physical Review B 2025 Сегодняшним компьютерам нужны всё более быстрые процессоры, однако традиционная полупроводниковая электроника сталкивается с физическими пределами: при высоких тактовых частотах компоненты перегреваются. Решением могут стать оптические системы, способные работать в тысячу раз быстрее. Исследователи из «Сколтеха» и немецких институтов продолжили развитие своей ранней разработки и изучили, как повысить её быстродействие. Созданный ранее оптический вентиль, реализующий универсальную логическую операцию NOR, основан на поляритонных конденсатах — квазичастицах, объединяющих свойства фотонов и экситонов. В отличие от электронов, фотоны не взаимодействуют между собой, поэтому для управления логикой применяются экситон-поляритоны. Такие устройства работают при комнатной температуре, не используют электрический ток и потому лишены связанных с ним ограничений — потерь энергии и сравнительно низкой скорости. Новая работа, опубликованная в журнале Physical Review B (а также доступная на arXiv.org), посвящена изучению остаточных эффектов в работе логического элемента, ограничивающих его скорость. В частности, исследователи рассмотрели явление бимолекулярного гашения — процесса, при котором взаимодействие между поляритонами приводит к потерям, замедляющим переключение между логическими состояниями 0 и 1. «Скорость работы поляритонных транзисторов определяется тем, насколько быстро могут выполняться последовательные логические операции. Для этого требуется достаточное количество поляритонов, оставшихся от предыдущего состояния «1», чтобы обеспечить чёткое различие между логическими состояниями «1» и «0». По мере увеличения рабочей частоты остаточные поляритоны от первого импульса могут непреднамеренно усиливать второй импульс, создавая, таким образом, паразитное усиление при некоторой ненулевой временной задержке между последовательностями импульсов», — поясняют авторы работы. Согласно полученным данным, логический вентиль способен работать на частоте до 240 ГГц — это один из самых высоких показателей для оптических логических элементов. Как отметил первый автор статьи, аспирант программы «Физика» в «Сколтехе» Михаил Миско, для достижения такой частоты необходимо учитывать влияние делокализации поляритонов, приводящей к дополнительным потерям. Кроме того, учёные установили, что для эффективного функционирования устройства длительность управляющих импульсов должна быть короче, чем время характерных потерь в системе. Это открывает путь к более точному управлению поляритонной динамикой и расширяет возможности оптических логических схем. Полученные результаты подтвердили теоретические модели и позволили сопоставить данные из различных экспериментов. Это ещё один важный шаг на пути к созданию оптических компьютеров, которые смогут работать в сотни раз быстрее современных электронных систем. Nvidia объединилась с TSMC для развития кремниевой фотоники
20.01.2025 [11:18],
Алексей Разин
Отправившийся на прошлой неделе в турне по Китаю и Тайваню основатель и бессменный руководитель Nvidia Дженсен Хуанг (Jensen Huang) на своей исторической родине время проводил с пользой для дела, встречаясь с тайваньскими партнёрами. С компанией TSMC было заключено соглашение о сотрудничестве в сфере кремниевой фотоники. 
Источник изображения: Nvidia Как поясняет Focus Taiwan со ссылкой на пояснения представителей обеих компаний, такое соглашение само по себе не означает, что результаты сотрудничества будут видны в ближайшее время. Скорее всего, на создание серийных решений в этой сфере уйдут годы. Кремниевая фотоника позволяет значительно повысить скорости передачи данных в вычислительных системах за счёт перехода на фотоны в качестве носителей информации и оптоволокно в качестве канала её передачи. На Тайване уже создана отраслевая ассоциация Silicon Photonics Industry Alliance, которая объединяет более 30 местных компаний, поэтому Nvidia со своей инициативой пришла не на пустое место. Для лидера в сегменте высокопроизводительных вычислений снижение энергопотребления при повышении скоростей передачи информации имеет особое значение, поэтому Nvidia и заинтересовалась кремниевой фотоникой, поскольку она позволяет передавать информацию на большие расстояния с малыми энергозатратами. Воспользовавшись случаем, глава Nvidia выразил признательность всем сотрудникам TSMC за ту поддержку, которую они оказывают его компании в форме активного выпуска компонентов и их упаковки по передовым технологиям. Nvidia также заключила соглашение с тайваньской компанией SPIL, которая является подразделением ASE Technology, в сфере контрактной упаковки чипов по методу CoWoS на новом предприятии в центральной части острова. Этот подрядчик приступит к профильной деятельности со второго квартала текущего года, позволив снизить зависимость Nvidia от TSMC в данной сфере. Партнёры Nvidia располагают примерно 45 предприятиями на Тайване. По словам Хуанга, бум систем искусственного интеллекта до сих пор находится на начальных этапах, поэтому участники рынка имеют возможность получить несколько триллионов долларов выручки. Высокие темпы развития сегмента поддерживаются и компанией TSMC, которая буквально «работает круглосуточно» для выполнения заказов Nvidia. Непосредственно с компанией SPIL американский заказчик сотрудничает уже лет десять, но объёмы заказов выросли за это время в десять раз, и только в прошлом году они удвоились, поскольку Nvidia были нужны услуги по упаковке чипов методом CoWoS. Перевес в пользу более совершенного метода CoWoS-L, по словам основателя Nvidia, вовсе не говорит о снижении объёмов заказов на соответствующие услуги. Напротив, потребность компании в них только увеличится в текущем году. Отдавая дань важности Тайваня для бизнеса Nvidia, основатель компании отметил, что до сих пор не выбрал место, где на острове будет построена региональная штаб-квартира. Imec заявил о прорыве в кремниевой фотонике — лазеры научились выращивать на обычных 300-мм кремниевых пластинах
10.01.2025 [12:05],
Геннадий Детинич
Бельгийский исследовательский центр Imec сообщил о прорыве в производстве лазерных диодов в рамках классического КМОП-процесса. Традиционно для этого использовались подложки из редких элементов и соединений, тогда как недорогой кремний всегда оставался за бортом. Это затрудняло развитие кремниевой фотоники, поскольку выращивание лазерных элементов в составе обычных чипов было невозможно. Опыт Imec меняет ситуацию: теперь лазеры можно выращивать на кремнии. 
Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews Для выращивания лазеров с использованием элементов III-V группы таблицы Менделеева традиционно применялись подложки из соединений тех же групп, например, арсенида галлия, фосфида индия и других. Обычно после наращивания полупроводниковых лазерных структур подложки утилизировались, а сами лазеры приходилось каким-либо образом закреплять на кремнии, если речь шла о приложениях кремниевой фотоники. Это было сложно, дорого и не способствовало устойчивому экологически чистому производству. Выращивание лазеров непосредственно на кремниевых структурах могло бы значительно упростить развитие оптических вычислений и других областей. Одной из основных сложностей в производстве лазеров на кремнии были различные коэффициенты теплового расширения материалов. В Imec удалось решить эту проблему благодаря созданию своеобразных буферных зон — канавок вокруг площадок, на которых наращивались лазерные структуры из арсенида галлия, а также за счёт использования оригинальной ребристой наноструктуры диодов. В результате разработки удалось изготовить GaAs-лазеры на пилотной литографической линии на обычной 300-мм кремниевой пластине с применением КМОП-процесса. 
Источник изображения: Imec Созданные таким образом полупроводниковые лазеры с длиной волны 1020 нм продемонстрировали способность излучать до 1,75 мВт оптической мощности при минимальном пороговом токе 5 мА. Лазеры показали устойчивую работу при комнатной температуре, что открывает им путь в такие области, как интенсивные вычисления, компьютерное зрение и другие перспективные направления. Учёные с помощью неодима создали нанокристаллы для вычислений со скоростью света
03.01.2025 [17:32],
Геннадий Детинич
Международная группа учёных сделала решающий шаг к более быстрому и энергоэффективному искусственному интеллекту и обработке данных в целом, открыв люминесцентные нанокристаллы, которые можно быстро переключать между светящимся и выключенным состоянием. Тем самым открывается возможность для вычислений буквально со скоростью света, отказавшись от электронов и перейдя на использование фотонов в микросхемах. 
Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews «Исключительные возможности переключения и памяти этих нанокристаллов могут однажды стать неотъемлемой частью оптических вычислений — способа быстрой обработки и хранения информации с использованием лёгких частиц, которые движутся быстрее всего во Вселенной», — сказал Артем Скрипка (Artiom Skripka), доцент Научного колледжа Университета штата Орегон. Работа по исследованию опубликована 3 января 2025 года в журнале Nature Photonics. Исследование посвящено изучению возможностей наночастиц с лавинообразными характеристиками. Такие материалы демонстрируют чрезвычайно нелинейные свойства, в частности, светоизлучающие. Небольшое увеличение мощности возбуждающего излучения способно значительно повысить интенсивность их собственного свечения. Это можно использовать для экономии энергии на работу схем — достаточно довести наночастицы до состояния, близкого к лавинообразному возбуждению и затем работать лишь с небольшими порциями энергии для источника возбуждения. Исследователи изучали нанокристаллы, состоящие из калия, хлора и свинца и легированные неодимом. Сами по себе нанокристаллы KPb2Cl5 не взаимодействуют со светом. В сочетании с неодимом материал начинает эффективно обрабатывать световые сигналы, делая его полезным для оптоэлектроники, лазерных технологий и других оптических решений. «Обычно люминесцентные материалы излучают свет, когда на них воздействует лазер, и остаются темными, когда это не так, — сказал Скрипка. — Напротив, мы были удивлены, обнаружив, что наши нанокристаллы ведут параллельные жизни. При определенных условиях они демонстрируют своеобразное поведение: они могут быть как яркими, так и тёмными при точно такой же длине волны лазерного излучения и мощности». Такое поведение называется внутренней оптической бистабильностью. Присущая нанокристаллам оптическая бистабильность — это шаг вперед к созданию фотонных интегральных схем, которые могут превзойти современные электронные и оптоэлектронные системы и обладать большей эффективностью. 
Источник изображения: Artiom Skripka, OSU College of Science «Если кристаллы изначально тёмные, нам нужна более высокая мощность лазера, чтобы включить их и наблюдать излучение, но как только они начнут излучать, мы сможем наблюдать их излучение при более низкой мощности лазера, чем нам требовалось для их первоначального включения, — говорит Скрипка. — Это как езда на велосипеде — чтобы привести его в движение, нужно сильно нажимать на педали, но как только он приходит в движение, вам требуется меньше усилий, чтобы двигаться. А их свечение можно включать и выключать действительно резко, как при нажатии кнопки». Переход на оптические сигналы обещает значительно снизить потребление фотонных вычислительных платформ где бы они ни применялись. Также это путь к новым приложениям в медицине, в датчиках и во многих других областях. Но стадия исследований ещё не завершена. Чтобы пройти её до коммерческих продуктов, потребуется ещё много работы. IBM дотянула оптоволокно до процессора — это в 80 раз ускорит обучение искусственного интеллекта
11.12.2024 [18:12],
Геннадий Детинич
Последние двадцать лет вычисления и связь переходят на оптические интерфейсы. Это уже произошло на магистральных линиях связи, но всё ещё буксует в пределах центров по обработке данных и на уровне межчиповых и межкомпонентных связей в компьютерах. В идеале сигнал должен сразу исходить из процессора в виде оптических импульсов и дальше направляться либо в чип по соседству, либо в соседние стойки, зал и даже за его пределы. IBM выбрала этот путь. 
Слот CPO для установки на чип внешнего оптического «кабеля». Источник изображений: IBM Оптика выгодно отличается от меди (токопроводящих соединений) малым весом, дешевизной, низкими помехами (наводками), высокой скоростью передачи, малым потреблением энергии и, в целом, позволяет повысить пропускную способность без увеличения энергопотребления. Возможность использования оптических линий связи уже заложена во все последние стандарты Ethernet, а также в стандарты PCIe. Ближе всех к интеграции оптических линий в процессоры (ускорители) в своё время подошла компания Intel с платформой Light Peak. И хотя Intel давно свернула разработку этой платформы, идея не умерла и сегодня находит продолжение в новом оптическом интерфейсе Intel OCI (Open Compute Project Interconnect Link). Сегодня настала очередь IBM сообщить о прорыве на направлении интегрированных в процессоры оптических интерфейсов. Как и Intel, интегрированная оптика IBM берёт своё начало в разработках по кремниевой фотонике, которые обе компании начали более 20 лет назад. Новый интегрированный интерфейс IBM называется co-packaged optics (CPO). Дословно это переводится как «соупакованная» или «комбинированная» оптика — дополнительный канал передачи данных. Он не заменяет проводную разводку на материнской плате и кабели внутри компьютера и между стойками, а дополняет их высокоскоростным и энергоэффективным интерфейсом. В качестве проводника света для интерфейса CPO выбрано недорогое полимерное оптоволокно PWG (polymer optical waveguide). Компания представила рабочий прототип интерфейса (платформы) с оптоволокном PWG толщиной 50 мкм и готова масштабировать его до оптоволокна менее 20 мкм толщиной. Спецификации интерфейса CPO позволяют организовать обмен данными между чипами, платами и стойками, или, проще говоря, работать на расстоянии от нескольких сантиметров до сотен метров. Если предложенное IBM техническое решение найдёт применение и понимание в отрасли, это приведёт к снижению затрат на масштабирование платформ генеративного искусственного интеллекта благодаря более чем пятикратному снижению энергопотребления по сравнению с электрическими соединениями среднего класса, одновременно увеличив длину соединительных кабелей в центрах обработки данных с одного до сотен метров. Также можно ожидать ускорения обучения моделей искусственного интеллекта, что позволит разработчикам обучать большие языковые модели (LLM) в пять раз быстрее, чем при использовании обычных проводных интерфейсов. Технология CPO может сократить время, необходимое для обучения стандартной LLM, с трёх месяцев до трёх недель. Это также обеспечит прирост производительности за счёт использования более крупных моделей и большего количества графических процессоров, что сократит простой оборудования. Наконец, технология CPO значительно повысит энергоэффективность центров обработки данных, сэкономив энергию, эквивалентную годовому потреблению 5000 домов в США, на одно обучение модели искусственного интеллекта. «Поскольку генеративный ИИ требует всё больше энергии и вычислительных ресурсов, центры обработки данных должны развиваться, а комбинированная оптика может сделать их более перспективными, — сказал Дарио Хиль (Dario Gil), старший вице-президент и директор по исследованиям IBM. — Благодаря этому прорыву чипы завтрашнего дня будут передавать данные так же, как волоконно-оптические кабели передают информацию в центры обработки данных и из них, открывая новую эру более быстрых и устойчивых коммуникаций, способных справляться с рабочими нагрузками искусственного интеллекта будущего». Подробную информацию о новом интерфейсе исследователи IBM изложили в статье, опубликованной на сайте arXiv.org. Новые оптические структуры с высокой плотностью пропускной способности, в сочетании с передачей нескольких длин волн по одному оптическому каналу, потенциально увеличат пропускную способность между чипами в 80 раз по сравнению с электрическими соединениями. 
Тестирование оптических интерфейсов IBM Экспериментальная платформа прошла все необходимые стресс-тесты для производства. Компоненты подвергались воздействию высокой влажности и температур в диапазоне от −40 °C до +125 °C, а также испытаниям на механическую прочность, чтобы подтвердить, что оптические соединения могут изгибаться без разрушения или потери данных. Кроме того, исследователи продемонстрировали технологию PWG с шагом 18 мкм. Объединение четырёх блоков PWG с таким шагом позволит подключать до 128 каналов. В конечном итоге это обеспечит плотность передачи до 10 Тбит/мм². Учение — свет: в MIT создали фотонный процессор для ИИ с высокой скоростью и низким потреблением
05.12.2024 [21:21],
Геннадий Детинич
Группа из учёных Массачусетского технологического института и их зарубежных коллег создала, как они утверждают, первый полностью фотонный процессор для приложений искусственного интеллекта. Фотонный процессор работает не хуже аналогов на кремниевых транзисторах, но проводит вычисления с намного меньшим потреблением энергии. Это особенно важно для создания «думающей» периферии — лидаров, камер, устройств связи и другого, к чему теперь открыта прямая дорога. 
Источник изображения: Sampson Wilcox, Research Laboratory of Electronics Основная проблема при создании полностью фотонного чипа для ИИ заключается в том, что свет хорошо справляется с линейными вычислениями, тогда как нелинейные вычисления производятся с существенными затратами энергии. Для проведения последних необходимы специальные блоки, ведь фотоны реагируют друг с другом только в особых условиях. Поэтому прежде линейные операции, например, умножение матриц, проводились фотонным блоком, а для нелинейных вычислений световой сигнал переводился в форму электрического импульса и дальше обрабатывался по старинке — обычным процессором из кремниевых транзисторов. Учёные из MIT поставили перед собой цель создать единый процессор, у которого на вход подавался бы световой сигнал и световой же сигнал был бы на выходе без использования кремниевых сопроцессоров. По их словам, используя предыдущие работы и находки зарубежных коллег, они добились поставленной задачи. Разработанное исследователями оптическое устройство смогло выполнить ключевые вычисления для задачи классификации с помощью машинного обучения менее чем за половину наносекунды, при этом достигнув точности более 92 % — это производительность, которая находится на одном уровне с традиционным оборудованием. Созданный чип состоит из взаимосвязанных модулей, образующих оптическую нейронную сеть и изготовлен с использованием коммерческих литографических техпроцессов, что может обеспечить масштабирование технологии и её интеграцию в современную электронику. Учёные обошли проблему с нелинейными фотонными вычислениями интересным образом. Они разработали интегрированный в оптический процессор блок NOFU — нелинейно-оптический функциональный блок, который позволил задействовать электронные цепи вместе с оптическими, но без перехода к внешним операциям. По-видимому, блок NOFU был выбран как компромисс между чисто фотонными нелинейными схемами и классическими, электронными. Вначале система кодирует параметры глубокой нейронной сети в световых импульсах. Затем массив программируемых светоделителей выполняет матричное умножение входных данных. Потом данные передаются в программируемый слой NOFU, где реализуются нелинейные функции, передавая световые сигналы на фотодиоды. Последние, в свою очередь, транслируют световой сигнал в электрические импульсы. Поскольку этот этап не требует внешнего усиления, блоки NOFU потребляют очень мало энергии. «Мы остаемся в оптической области всё время, до конца, когда хотим считать ответ. Это позволяет нам добиться сверхнизкой задержки», — говорят авторы исследования. Представлена технология охлаждения чипов светом — секретная и только по предварительной записи
21.11.2024 [18:39],
Геннадий Детинич
На конференции по высокопроизводительным вычислениям SC24 в Атланте пионер в технологиях твердотельного фотонного охлаждения чипов Maxwell Labs сообщил о готовности лицензировать свою уникальную технологию заинтересованным компаниям. С её помощью тепло от процессоров и графических ускорителей в ЦОД можно превращать в световое излучение, собирать с помощью фотоэлектрических ячеек, преобразовывать в электричество и снова использовать в работе. 
Источник изображений: Maxwell Labs В свободный доступ попали только рекламные слайды, не раскрывающие сути технологии. Рассказ о разработке MXL-Gen1 будет доступен по предварительной записи избранным партнёрам. В декабре 2024 года Maxwell Labs обещает организовать раннюю демонстрацию прототипа системы фотонного охлаждения и готова будет принимать заказы на проектирование систем по заявкам заинтересованных компаний. В июле 2025 года начнётся второй этап программы. Для участников предварительной программы будут созданы стендовые решения для испытаний систем фотонного охлаждения в условиях, поставленных заказчиками, а также для формирования мнений и оценок о системе революционного охлаждения. Третий этап намечен на январь 2026 года, когда начнётся проектирование систем фотонного охлаждения для стоек и серверов. В общем случае Maxwell Labs обещает за счёт более прогрессивного и эффективного охлаждения CPU и GPU добиться трёхкратного роста производительности и десятикратного повышения плотности вычислений. Кроме того, излучённое тепло (свет) можно будет снова использовать для вычислений.  Отсутствие какой-либо информации о технологии MXL-Gen1 заставляет с сомнением воспринимать заявления компании. В то же время надо понимать, что свет — это также фотоны инфракрасного диапазона и технологии радиационного охлаждения давно работают, хотя и не в заявленной сфере. Делать из этого секрет, по меньшей мере, странно. Остаётся только подождать конкретики. В MIT создали притягивающий луч рекордной силы — он нужен для манипуляций биоматериалами
08.10.2024 [20:12],
Геннадий Детинич
Дальность захвата образцов классическим оптическим пинцетом ограничена микрометрами. Учёные из Массачусетского технологического института смогли на порядки увеличить это значение, что навсегда изменит работу с биоматериалами. Более того, устройство с лучом захвата устроено на чипе, а это путь к массовому и недорогому производству портативных биолабораторий. 
Источник изображения: MIT «Эта работа открывает новые возможности для оптических пинцетов на основе чипов, позволяя захватывать и выделять клетки на гораздо больших расстояниях, чем демонстрировалось ранее. Интересно подумать о различных приложениях, которые могут быть реализованы с помощью этой технологии», — сказала Елена Нотарос (Jelena Notaros), профессор MIT в области электротехники и компьютерных наук (EECS). Благодаря новой разработке дальность действия «притягивающего луча» возросла до 5 мм. Кажется, какая малость? Но по сравнению с микрометрами — это колоссальный прогресс и улучшение. Раньше для манипулирования биоматериалами — фрагментами ДНК или клетками (на большие объекты оптические пинцеты не рассчитаны) — образцы требовалось выкладывать на предметные стёкла, что нарушало стерильность и грозило риском загрязнения. Устройство инженеров MIT бьёт так далеко, что способно работать с образцами не вынимая их из стерильных контейнеров. Надо ли говорить, что это ускорит работу и исследования? Ведь больше не нужно тратить время на мероприятия по обеспечению стерильности. Добиться настолько выдающегося результата исследователи смогли, когда представили оптический излучатель на чипе в виде фазированной оптической решётки. Это обеспечило точную фокусировку и усиление луча на большей дальности, чем в случае намного более громоздких и дорогих традиционных лазерных оптических пинцетов. «С помощью кремниевой фотоники мы можем взять эту большую, типично лабораторную систему [оптического пинцета] и интегрировать её в чип. Это отличное решение для биологов, поскольку оно предоставляет им функции оптического улавливания и выщипывания [биоматериалов] без дополнительных затрат на сложную установку объёмной оптики», — поясняют авторы работы, опубликованной в журнале Nature Communications. Китай заявил о прорыве в кремниевой фотонике, который позволит делать суперчипы без EUV-литографии
07.10.2024 [21:26],
Анжелла Марина
Китай заявил о значительном прорыве в области кремниевой фотоники для производства полупроводников. Государственная лаборатория JFS в Ухане, являющаяся национальным центром исследований в области фотоники, впервые успешно соединила лазерный источник света с кремниевым чипом. Это достижение, по мнению китайских СМИ, может помочь стране преодолеть существующие технические барьеры в проектировании микросхем и достичь самодостаточности в условиях санкций США. 
Источник изображения: Copilot JFS, основанная в 2021 году и получившая государственную поддержку в размере 8,2 млрд юаней ($1,2 млрд), является одним из ключевых институтов Китая, занимающихся разработкой передовых технологий. Как отмечают в JFS, новая технология использует для передачи данных оптические сигналы вместо электрических, что позволяет преодолеть ограничения традиционных чипов, связанных с физическими пределами передачи электрических сигналов и создавать более быстрые и мощные чипов для обработки больших данных, графики и искусственного интеллекта. Интерес к кремниевой фотонике проявляют не только в Китае. Крупнейшие игроки мировой полупроводниковой индустрии, такие как TSMC, Nvidia, Intel и Huawei, также инвестируют значительные средства в развитие этой технологии. По оценкам SEMI, международной ассоциации полупроводниковой промышленности, мировой рынок кремниевых фотонных чипов к 2030 году достигнет $7,86 млрд по сравнению с $1,26 млрд в 2022 году. Вице-президент TSMC Дуглас Юй Чен-хуа (Douglas Yu Chen-hua) заявил в прошлом году, что «хорошая система интеграции кремниевой фотоники может решить критические проблемы энергоэффективности и вычислительной мощности в эпоху ИИ, что приведет к смене парадигмы в отрасли». Отметим, что для Китая кремниевая фотоника представляет особую ценность. В отличие от традиционных чипов, для производства фотонных чипов не требуются высокотехнологичные установки экстремальной ультрафиолетовой литографии (EUV), на экспорт которых в Китай наложены ограничения США. «Кремниевые фотонные чипы могут производиться внутри страны с использованием относительно зрелых материалов и оборудования», — заявил в 2022 году Суй Цзюнь (Sui Jun), президент пекинского стартапа Sintone, занимающегося разработкой полупроводников. Эксперты считают, что кремниевая фотоника может стать «новым фронтом в технологическом соперничестве США и Китая». «Хотя экспортный контроль со стороны США, вероятно, сдерживает возможности Китая в производстве традиционных чипов, это также может непреднамеренно стимулировать Китай к выделению большего количества ресурсов на новые технологии, которые будут играть важную роль в полупроводниках следующего поколения», — написал Мэтью Рейнольдс (Matthew Reynolds), бывший сотрудник Центра стратегических и международных исследований (CSIS). Учёные успешно испытали логические вентили на фотонах — это приближает появление оптических процессоров
03.09.2024 [19:31],
Павел Котов
Учёные Байройтского университета (Германия) и Мельбурнского университета (Австралия) разработали переключаемый оптический блок для хранения и считывания двоичной информации при помощи света. Проект обещает стать большим шагом на пути к построению полностью оптического компьютера, в котором для обработки и хранения данных используются фотоны, а не электроны, как в актуальных чипах. 
Источник изображения: phys.org Учёные применили эти логические вентили для обработки информации исключительно с использованием света — они произвели несколько циклов чтения, записи и стирания на полимерных сферах, чтобы записать алфавит на одном и том же участке массива микроструктур. Учёные работают над созданием полностью оптического логического вентиля уже более десяти лет, и данный проект представляет собой пример практического применения этой технологии. Он поможет перенести обработку и хранение данных с электронов на фотоны и снизить потребляемую мощность систем. Фотонные вычисления сулят и другие выгоды: можно работать не только с силой сигнала (количеством фотонов), но также с длиной волны (цветом) и поляризацией (направлением колебаний) — что даст широкий набор сигналов. Один оптический вентиль сможет обрабатывать сразу несколько сигналов, что в перспективе позволит удвоить, утроить или даже вчетверо повысить вычислительную мощность одного оптического процессора. Фотоны движутся быстрее и эффективнее электронов. Поэтому для передачи данных на большие расстояния используются оптоволоконные кабели. Их применение в логических вентилях способно стать важным практическим шагом в использовании фотонов при обработке данных. |
© 1997—2025 Электронное периодическое издание "3ДНьюс" | Свидетельство о регистрации СМИ Эл ФС 77-22224
выдано Федеральной Службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия
При цитировании документа ссылка на сайт с указанием автора обязательна. Полное заимствование документа является
нарушением
российского и международного законодательства и возможно только с согласия редакции 3DNews.
MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
