Технология кремниевых процессоров уже дошла до физического предела и иссякла – наращивание производительности сегодня невозможно. Вы можете наблюдать это сами на смартфонах и ноутбуках, взяв 5-летний гаджет и убедившись, что его мощности все еще достаточно. Ученые и инженеры ищут замену кремниевым чипам и, похоже, могут использовать фотонную электронику.
Вместо электрических сигналов в медных проводах будут передаваться импульсы света в оптоволокне. Компьютеры, использующие фотоны, а не электроны для манипулирования данными, обещают большую скорость и энергоэффективность.
Два опубликованных исследования описывают прорывы в решении реальных задач на фотонных компьютерах,что делает технологию на грани коммерческого применения, говорят исследователи.
Кремниевые компьютеры, подобные тем, которые мы используем сегодня, исторически следовали маркетинговому Закону Мура: мощность машин удваивалась каждые два года. Это маркетинговое выражение было переписано несколько раз, чтобы оно оставалось верным во время замедления в индустрии полупроводников. Но в последние годы прогресс почти остановился и Закон Мура не удается переписать так, чтобы можно было делать вид о его актуальности. Причиной торможения стало то, что миниатюризация транзисторов достигла фундаментальных физических пределов.
Исследователи работают над многочисленными потенциальными решениями, включая квантовые вычисления и фотонные вычисления. Но в то время как квантовые вычисления все еще изо всех сил пытаются достичь практической полезности, фотонные вычисления в настоящее время достигли точки, когда конструкции чипов выполняют истинные вычисления. Кроме того, те же фабрики, которые производят кремниевые чипы для электронных компьютеров, могут быть использованы для производства этих фотонных чипов.
Фотонные компьютеры обладают огромными потенциальными преимуществами перед кремниевыми компьютерами. Во-первых, поскольку фотоны движутся в цепи быстрее, чем электроны, они могут ускорить вычисления, а также сократить паузы между каждым тактом вычисления. Во-вторых, поскольку фотоны движутся без сопротивления и редко поглощаются материалом, из которого сделаны чипы, они могут выполнять ту же работу, потребляя меньше энергии, чем кремниевые компьютеры, требующие энергоемкого охлаждения.
Сингапурская компания Lightelligence в своем исследовании показывает, что ее устройство под названием photonic arithmetic computing engine (PACE), объединяющее фотонный и микроэлектронный чипы, может успешно решать задачи Ising, которые имеют прямое применение в логистической отрасли и многих других областях.
Тем временем американский стартап Lightmatter утверждает, что его собственный чип Envise может запускать искусственный интеллект модели BERT для создания текста в стиле Шекспира с точностью, аналогичной точности обычных кремниевых процессоров.
Бо Пен из Lightelligence говорит, что в этой области все больше стартапов и что технологии быстро развиваются. «Мы более или менее находимся на стадии подготовки производства», — говорит Пен. «Это больше похоже на реальный продукт, а не просто на лабораторную демонстрацию».
Характерно, что аппаратное обеспечение, на котором Lightelligence основывала свои исследования, выполнено в формате PCI Express. Это стандартный формат карты расширения материнской платы для настольных компьютеров, который позволяет добавлять видеокарты или другие устройства. Устройство компании уже можно добавить любой коммерческий рабочий ПК.
Роберт Хэдфилд из Университета Глазго, Великобритания, говорит, что два исследования показывают, что «это область, которая как бы приближается к кипению». Близок момент, когда отрасль может рассматривать фотонные процессоры как жизнеспособную альтернативу.
Стивен Суини, также из Университета Глазго, говорит, что мы уже видели, как оптическая передача данных внедряется по всему миру с помощью волоконной оптики, и что фотонные вычисления теперь тоже близки к этому.
