Китайски изследователи обявиха пробив в технологията за производство на фотонни чипове. Екип от Университета Цинхуа разработи метод, позволяващ създаването на сложни триизмерни оптични структури за по-малко от секунда, вместо няколко часа, необходими при използването на традиционните технологии. Ако разработката потвърди ефективността си в промишлен мащаб, тя може да премахне едно от ключовите ограничения по пътя към масовото внедряване на фотонните изчисления.

Резултатите от изследването са публикувани в научното списание „Nature Photonics“. Авторите представиха технологията „Digital Incoherent Synthesis of Holographic Light Fields“ (DISH), основана на формирането на триизмерни обекти с помощта на специално синтезирани светлинни полета. За разлика от съществуващите методи за обемно микропечатане, при които изделието се създава последователно — слой по слой или точка по точка, — новата система формира цялата структура едновременно.

Пробивът

Според разработчиците изработването на микроструктурата отнема около 0,6 секунди. За сравнение: съществуващите технологии за производство на подобни елементи изискват от няколко десетки минути до няколко часа в зависимост от сложността на изделието.

Разработката е насочена преди всичко към производството на компоненти за фотонни интегрални схеми. За разлика от традиционните електронни процесори, които използват движението на електронитe, фотонните системи предават и обработват информация посредством светлинни сигнали. Този подход се разглежда като едно от най-перспективните направления за развитие на изчислителната техника на фона на стремителния ръст на нуждите на изкуствения интелект от изчислителни ресурси и енергоснабдяване.

Интересът към фотонните чипове през последните години рязко нарасна. Най-големите технологични компании инвестират в разработването на оптични интерконектори и фотонни ускорители, способни да намалят консумацията на енергия в центровете за данни и да увеличат пропускателната способност на изчислителните системи. Въпреки това, комерсиалното разпространение на технологията се затруднява от сложността и високата цена на производството.

Всъщност производственият цикъл остава една от основните пречки за отрасъла. Създаването на триизмерни оптични елементи изисква висока точност и сложно оборудване, а много от съществуващите методи трудно се мащабират. Китайските изследователи заявяват, че DISH позволява да се реши този проблем чрез паралелна обработка, при която светлинното поле формира целия обект едновременно.

Производственият процес

Като допълнително предимство на технологията разработчиците посочват опростяването на производствения процес. В редица съществуващи инсталации се изисква механично преместване на оптичните елементи или въртене на обработвания материал, което увеличава вероятността от грешки и намалява производителността. В новата система значителна част от операциите се прехвърля в изчислителната плоскост — управлението се осъществява чрез цифров синтез на светлинни полета.

Освен за фотонни процесори, технологията потенциално може да се използва за производството на компоненти за оптична връзка, микролещи, сензори, медицински микроструктури и други изделия, при които е необходима висока точност при формирането на обемни елементи.

Появата на тази разработка се случва на фона на мащабните усилия на Китай за укрепване на технологичната независимост в полупроводниковата индустрия. Ограниченията върху доставките на съвременни микросхеми и оборудване от страна на САЩ и техните съюзници принудиха Пекин да активизира инвестициите както в традиционните направления на микроелектрониката, така и в алтернативни изчислителни архитектури.

Бъдещето на фотонните технологии

Фотонните технологии се разглеждат от китайските власти и бизнес средите като една от потенциалните възможности за намаляване на изоставането от западните конкуренти в отделни сегменти на пазара.

Въпреки това до промишленото внедряване на новата технология все още има дълъг път. Изследователите трябва да докажат възможността за стабилно серийно производство, да потвърдят качеството на получаваните компоненти и да интегрират процеса в съществуващите производствени линии. Освен това засега не е ясно доколко конкурентоспособна ще се окаже себестойността на новата технология в сравнение с действащите методи.

Въпреки това самата тенденция изглежда показателна. Борбата за лидерство в световната полупроводникова индустрия все по-активно се измества от областта на усъвършенстването на традиционните транзистори към сферата на новите изчислителни архитектури. И ако обявените характеристики на DISH се потвърдят на практика, производството на фотонни чипове може да премине от категорията на високопрецизните лабораторни процеси към формата на промишлен конвейер.