Интегральные схемы, в которых для передачи данных вместо электрического тока используется свет, существуют с 90-х годов прошлого века. Преимущество используемых в них фотонных чипов перед обычными полупроводниковыми транзисторами заключается в том, что информация передается не по металлическим проводам, а по волноводам (каналам, направляющим свет). Это дает новым устройствам преимущество по скорости передачи сигнала, по энергосбережению (свет, в отличие от электрического тока, не испытывает сопротивления при прохождении через волновод) и защиту от взлома (фотонный чип не хранит информацию в памяти, – все вычисления производятся им одновременно).
Как сообщили «МК» в Минобрнауки, команда ученых разработала уникальную технологию изготовления фотонных интегральных схем. Минимальные размеры российских фотонных структур составляют 50 нанометров (нм), а потери оптического сигнала (это ключевая характеристика качества) в бауманских схемах не превышают 5 децибел на метр. Эти показатели в несколько раз опережают результаты лидеров мировой индустрии.
А помогла российским ученым вырваться вперед новая многослойная технология создания волноводов фотонных интегральных схем. До настоящего времени одним из препятствий на пути создания высокоэффективных фотонных процессоров являются высокие потери сигнала в оптических каналах, по которым распространяются фотоны.
Преодоление этой проблемы российскими учеными стало возможным благодаря технологии создания волноводов из нитрида кремния со сверхмалыми потерями. Они получились субмикронных размеров, с шероховатостью поверхности и краев не выше 1 нанометра, что существенно меньше параметров, получаемых по традиционной технологии.
Фотонные интегральные схемы являются одним из ключевых элементов для создания оптических квантовых и нейроморфных процессоров, «заточенных» на ускорение систем искусственного интеллекта. То есть, как объяснили нам в МГТУ им. Баумана, они очень нужны там, где производятся параллельные вычисления, – в этом их специфика. Предполагается, что в ближайшее время фотонные интегральные схемы будут включать в суперкомпьютеры наряду с полупроводниковыми. Но о том, чтобы менять на них все традиционные полупроводниковые процессоры речи не идет. К примеру, процессоры для обеспечения технологии «мозг-компьютер-интерфейс», могут работать на стандартных транзисторных чипах.
По словам ректора МГТУ Михаила Гордина, новая технология может быть внедрена в картриджи для новейших секвенаторов ДНК, нейроморфные чипы для ИИ, оптические квантовые процессоры или лидары для беспилотников.