Перспективные приложения кремниевой фотоники

Интернет и мобильная связь проникли во все сферы жизни человека и в ближайшие годы можно ожидать увеличения спроса на новые технологии, которые обеспечат повышенную пропускную способность информационных каналов. Новый выпуск информационного бюллетеня ИСИЭЗ «Глобальные технологические тренды» посвящен фотонике и ее возможностям передачи данных: это кремниевая фотоника для оптимизации работы дата-центров и суперкомпьютеров, а также беспроводная и высокоскоростная оптическая связь.

Версия для печати: Перспективные приложения кремниевой фотоники (PDF, 965 Кб)

Веб-версия

Оптическая связь для суперкомпьютеров

Для вычислений в области квантовой физики, молекулярного моделирования, симуляции физических процессов, климатических исследований и прогнозирования погоды нужны высокопроизводительные вычислительные машины. Использование одного процессора уже не позволяет получить требуемую производительность, что приводит к распространению концепции мультипроцессорной системы.

В такой системе вычисления распределены между множеством процессорных чипов, а ее производительность прямо пропорциональна их количеству. Благодаря использованию кремниевой фотоники все процессоры связываются между собой и с модулями памяти проводящими дорожками, сформированными в кремнии во время производства чипа. При этом создается миниатюрное подобие телекоммуникационной сети, максимальная пропускная способность которой ограничена (загруженность процессоров зависит от своевременности подвода к ним пакетов информации). Переход от электронной передачи к оптической (на основе кремниевой фотоники) существенно повышает пропускную способность сети-на-чипе, одновременно снижая энергозатраты и тепловыделение. Оптические и модулирующие компоненты системы создаются на чипе в рамках одного технологического процесса, так же как при изготовлении традиционных микроэлектронных устройств. А увеличение стоимости производства при этом минимально благодаря использованию традиционного материала микроэлектронной промышленности — кремния.

Эффекты Увеличение вычислительного потенциала современных суперкомпьютеров Увеличение скорости комплексного моделирования для прогнозирования различных процессов в науке и технике Расширение использования решений кремниевой фотоники в потребительской электронике	Оценки рынка $435 млн может составить к 2024 г. совокупный объем рынка решений кремниевой фотоники для высокопроизводительных вычислительных машин (среднегодовой темп роста — до 46%). В 2024 г. численность устройств кремниевой фотоники для высокопроизводительных компьютеров составит 108,6 млн ед.	Драйверы и барьеры Повышение требований к производительности суперкомпьютеров Оптические сети создаются в одной системе и на основе одного материала с процессорами Традиционные электронные соединения не позволяют достичь нужных скоростей передачи информации от чипа к чипу Технологические сложности в создании кремниевого излучателя: необходимость усложнения архитектуры чипа и использования лазеров на основе других материалов Высокие затраты на разработку решений кремниевой фотоники

Международные научные публикации	Международные патентные заявки	Уровень развития технологии в России «Белые пятна» – существенное отставание от мирового уровня, отсутствие (или утрата) научных школ.