Чипы тянутся к свету
В России начались работы по созданию фотонных устройств для телекома. Но от фотоники ждут большего — новых скоростей передачи информации и колоссальной экономии энергии
В Зеленограде готовят площадку для производства фотонных интегральных схем (ФИС), которые будут применяться в трансиверах — устройствах для приема и передачи данных в сетевом оборудовании. Трансиверы преобразуют оптический сигнал в электрический, проводят его оцифровку и превращают в обычный информационный поток. Они незаменимы в оптических каналах связи, в которых информация передается посредством импульсов света.
Оптические линии, в свою очередь, — это прогрессивное настоящее телекома. Оптоволокно дает десятикратное или даже стократное преимущество в скорости и объеме передачи информации по сравнению с традиционными медными проводами и, несмотря на более высокую себестоимость, скоро полностью вытеснит медь из сегмента, поскольку потребность в передаче все большего объема данных — особенно для начинающего глобальный взлет интернета вещей — постоянно растет.
Распространенность оптоволоконных каналов сегодня можно считать индикатором уровня развития телекоммуникационных сетей. Россия, впрочем, здесь отстает от мировых лидеров. Оптические кабели протянуты в городах-миллионниках, но далеко не по всей территории страны. По данным на июль 2023 года, в РФ проложено всего 0,56 км оптоволокна на душу населения — примерно такие же показатели Китай демонстрировал десять лет назад.
Для развития сети оптических линий — а такие планы, конечно, записаны в стратегии Минцифры — нужна соответствующая инфраструктура. Компоненты для нее в Россию всегда поставлялись из-за рубежа, но в последние годы новые геополитические расклады не позволяют рассчитывать на стабильный импорт. А значит, есть стимул для развития импортозамещения. Опытное производство трансиверов планируется запустить в Зеленограде в 2025 году. Техническое задание на проект фотонных интегральных схем готовил Зеленоградский нанотехнологический центр (ЗНТЦ), он же впоследствии станет производить ФИС и трансиверы. Подрядчиками выступили 10 научных предприятий — изготовителей ключевых элементов: лазера, фотоприемника из германиевых слоев и электронных компонентов для обработки оптического сигнала. Несмотря на то что каждый из этих этапов российские ученые будут проходить впервые, сложностей возникнуть не должно. По словам руководителя технологического направления интегральной фотоники ЗНТЦ Константина Певчих, «сегодняшние цели не прорывные, а догоняющие, четко ложащиеся в сегмент локализации и технологической независимости». Но компания обещает, что это только начало. Созданный год назад в Москве межотраслевой кластер фотоники, участниками которого стали ЗНТЦ, «Кибертех», «Технополис», Московский институт электронной техники, «Сколтех» и еще порядка 40 организаций, нацелен именно на прорывы. Кстати, в этот же период европейский фонд Photon Ventures выделил подразделение PhotonDelta, которое уже привлекает государственные и частные инвестиции для сотен стартапов, работающих над созданием фотонных чипов. Вокруг фотонных технологий сейчас много хайпа, и связан он отнюдь не с сетями 6G и сверхбыстрым интернетом, а с прогнозируемым взрывным ростом вычислительных мощностей компьютеров для обработки задач искусственного интеллекта.
Мощность и энергия
Необходимость «фотонной революции» очевидна: для обучения нейросетей нужны все более производительные чипы, а прогресс микроэлектроники, движимый простым увеличением числа транзисторов на интегральной схеме, приближается к физическому пределу. По данным PitchBook, в 2021 году стартапы, которые специализируются на кремниевой фотонике, привлекли 750 млн долларов инвестиций — вдвое больше, чем в 2020 году, и в 42 раза больше, чем в 2016-м. Старший аналитик компании по новым технологиям Брендан Берк ожидает, что фотонные процессоры станут использоваться в центрах обработки данных уже в 2025 году, заняв к этому времени объем рынка, эквивалентный 3 млрд долларов, с перспективой быстрого роста.
Главный ожидаемый профит инновации — увеличение скорости обработки информации минимум на четыре порядка. В фотонных процессорах для передачи и обработки данных используются не электроны, а фотоны (традиционные металлические соединения в чипах потребуется заменить на световые волноводы). Они передают информацию буквально со скоростью света — около 300 тыс. километров в секунду, в то время как скорость электрического импульса по чипу определяется временем перезарядки цепи и оказывается в 20–30 раз меньше. Кроме того, частота оптического излучения позволяет создать большее число каналов связи, а следовательно, производить больше операций в секунду.