Каждую секунду миллиарды электронных писем, видео в TikTok и запросов к системам искусственного интеллекта передаются по всему миру в виде световых импульсов. Команда учёных из Политехнической школы Монреаля предлагает решения, которые помогут сократить энергозатраты таких сетей.
29 мая 2026 года в журнале Science Advances была опубликована работа исследователей под руководством профессора инженерной физики Стефана Кена-Коэна. Они представили новый органический материал для фотонных чипов, способный выполнять ключевые оптические функции без промежуточного преобразования сигналов в электрические и обратно.
От фотонного направления к конверсии и усилению
Волоконно-оптические сети передают данные в виде света, а фотонные чипы на кремниевой подложке направляют и объединяют сигналы. Однако операции конверсии и усиления пока вынуждают оставаться в электрической области и требуют отдельных компонентов, которые увеличивают энергопотребление и выделяют тепло.
Растущая нагрузка генеративного ИИ
Доля энергии, затрачиваемой на вспомогательные компоненты, была невелика — всего несколько процентов от потребления дата-центров. Но современные системы генеративного ИИ, в отличие от простых поисковых запросов, требуют непрерывного обмена данными между процессорами. Это увеличивает число преобразований сигналов и делает энергозатраты всё более значимыми.
Без новых подходов энергопотребление цифровой инфраструктуры, уже сегодня отвечающей примерно за 2% мирового использования электроэнергии, может расти нерегулируемо.
Молекула TPA-QCN и её преимущества
Исследователи разработали органическое соединение трифениланин-дицианохиноксалин (TPA-QCN), обладающее вторичным (второго порядка) оптическим нелинейным откликом. Материал наносят тонким слоем методом вакуумного осаждения, и молекулы спонтанно выстраиваются в упорядоченную структуру.
Такая самоориентация даёт возможность прямого взаимодействия световых лучей в слое, позволяя реализовать функции модуляции, усиления и конверсии на одной кремниевой подложке без дополнительных электрических узлов. Процесс совместим с существующими производственными технологиями при низкой температуре и невысоких затратах.
Доказательство концепции
В демонстрационном устройстве учёные показали конверсию инфракрасного светового сигнала, используемого в телекоммуникациях, в видимый красный свет прямо на чипе. Это лишь первый шаг, но уже сегодня они наблюдают улучшенную производительность с вариантами молекул с более высокими нелинейными свойствами.
Перспективы для фотоэлектронных систем
Контекст развития аппаратуры ИИ
Новые процессоры, такие как TPU 8t и 8i от Google, демонстрируют быстрый рост числа обменов данными между вычислительными узлами, где световые сигналы становятся узким местом по энергозатратам. Интегрированные фотонные решения от команды Политехники Монреаля могут сыграть ключевую роль, расширив роль света в обработке данных и обеспечив устойчивый рост технологий генеративного ИИ.
Источник: пресс-релиз Polytechnique Montréal / Science Advances
