Представьте, что ваш ноутбук вместо электроники для передачи сигналов использует световые лучи, почти не выделяя при этом тепло. К такому результату приблизились исследователи из Политехнической школы Монреаля (Polytechnique Montréal). Они открыли новый органический материал, который можно нанести тонким слоем на кремниевые фотонные чипы, превратив их из пассивных передатчиков света в активные устройства с возможностью модуляции и усиления сигналов. Это направление обещает существенно снизить энергозатраты дата-центров и систем генеративного искусственного интеллекта (ИИ).
Пределы электронных чипов и роль фотоники
Профессор Стефан Кена-Коэн (Stéphane Kéna-Cohen), руководитель проекта, поясняет, что современные электронные чипы сталкиваются с ограничениями по скорости и теплоотдаче. С 2005 года производители добавляют всё больше транзисторов и увеличивают размер кристаллов, однако это усложняет передачу данных между их частями и повышает тепловыделение.
Решение состоит в том, чтобы использовать свет для коммуникации между компонентами — то есть фотонные чипы, которые не только переносят, но и направляют и объединяют оптические сигналы для эффективного обмена информацией.
Как материал меняет правила игры
До сих пор на кремниевых фотонных платах можно было лишь передавать световые импульсы, постоянно конвертируя их в электрические сигналы и обратно, что влечёт потери энергии и увеличивает задержки. Открытый в монреальской лаборатории органический слой позволяет прямо на чипе усиливать и модулировать световые лучи. Исследователи наносят тонкую плёнку из молекул, взаимодействующих со светом, без необходимости менять структуру или основу чипа — этот этап можно добавить в конце существующего производственного процесса.
Это открывает путь к новым функциям: оптическому усилению сигналов, их модуляции и даже формированию нестандартных световых пучков прямо на плате.
Экологический эффект и перспективы
По оценкам отчёта Института ООН по водным ресурсам и окружающей среде, к 2030 году дата-центры могут потреблять до 9 млрд м³ пресной воды ежегодно (что равно годовым нуждам 1,3 млрд человек в странах Суб-Сахары), а их электроэнергия увеличится до ~945 TВт·ч, почти втрое превысив уровень 2023 года. При электронных вычислениях большая часть энергии уходит на активное охлаждение чипов; оптическая обработка может отказаться от этих затрат, поскольку тепло выделяется лишь при первичном формировании световых импульсов.
По словам Кена-Коэна, на текущем этапе технология реализует лишь около 1% своего потенциала. В ближайшие год—два команда планирует повысить эффективность в 10 раз, а в долгосрочной перспективе — полностью заменить наиболее энергоёмкие операции на оптические.
Статья с деталями исследования опубликована в журнале Science Advances.
Источник: The Canadian Press (Jean-Benoît Legault), перевод CityNews Montreal
