Кремниевая фотоника - это не просто новый тренд в области полупроводниковых технологий. Это - будущее вычислительной техники. Использование света для передачи данных позволяет значительно увеличить скорость обработки информации, при этом снижая энергопотребление.

Источник мой Телеграм паблик: https://t.me/thefutureidol

делаем оптические чипы

Привет всем из лаборатории интегральной фотоники Пермского университета. Занимаемся элементной базой отечественных фотонных систем передачи данных и датчиками, чтобы ваш интернет работал стабильнее и ничего не ломалось внезапно и катастрафично! А прямо сейчас помогаем дипломникам подготовиться к защите и не растерять при этом последние нервы)

Физики из МФТИ изучили оптические свойства нитрида бора (незаменимого компонента для двумерных материалов) и обнаружили, что он обладает рекордным показателем преломления в ультрафиолетовом свете. Это значит, что материал может стать основой разработок в области нанофотоники, в частности заменить электронные компоненты в интегральных схемах компьютеров. Для демонстрации практического применения нитрида бора ученые сконструировали нанометровый волновод, показавший высокую эффективность.

Работа опубликована в журнале Materials Horizons. Фотонные устройства передают информацию с помощью фотонов и в скором времени могут заменить электронные, поскольку свет перемещается гораздо быстрее электронов, а при распространении сигнала в этом случае нет потерь и нагрева из-за сопротивления материала проводника. Однако минимальный размер фотонных элементов ограничен длиной волны проходящего света.

Для создания нанометровых устройств необходимо использовать материалы, пропускающие ультрафиолетовые волны, длина которых менее 300 нанометров. Более того, материал должен обладать высоким показателем преломления, чтобы еще больше сжать волну, и быть доступным: недорогим и простым в производстве. Физики из МФТИ ищут соединения, которые удовлетворяют всем указанным условиям.

Научный сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Георгий Ермолаев, рассказывает: «Показатель преломления очень важен в фотонике. Чем он выше у материала, тем выше эффективность устройств, сделанных из него, тем проще управлять светом. Благодаря этому сейчас активно развивается целое направление исследований — высокорефрактивные материалы».

В последней работе ученые Физтеха исследовали оптические свойства гексагонального нитрида бора hBN и обнаружили, что он обладает рекордным показателем преломления в ультрафиолетовой области. Также физики разработали на основе нитрида бора оптические элементы: нанометровый волновод и хиральное зеркало.

Несмотря на применение материала в двумерной нанофотонике и оптоэлектронике, его оптические свойства изучались в достаточно узком диапазоне длин волн. Отчасти это связано с небольшим размером образцов нитрида бора, что затрудняет экспериментальные измерения. Физики из МФТИ смогли определить показатель преломления и анизотропии вещества в широком диапазоне от 250 до 1700 нанометров с помощью эллипсометрии и сканирующей оптической микроскопии.

Максимальное значение показателя преломления в ультрафиолетовом свете на длине 250 нанометров составило 2,75, что позволяет создавать фотонные элементы порядка десятков нанометров. Столь миниатюрные устройства можно использовать в фотонных интегральных схемах компьютеров вместо электронных компонент.

Чтобы показать практические возможности нитрида бора, физики сконструировали 40-нанометровый волновод — канал, переносящий свет. Компьютерное моделирование показало, что свет в волноводе распространяется практически без оптических потерь, не затухая. Также ученые создали из нитрида бора модель хирального зеркала — устройства, которое отражает закрученный в одну сторону поляризованный свет и пропускает свет, закрученный в другую. Зеркало поможет отличать биомолекулы, имеющие одинаковый состав и строение, но несимметричные. Например, такой прибор нужен в фармакологии, поскольку описанные хиральные молекулы могут обладать различными свойствами.

Низкие оптические потери, высокий показатель анизотропии и рекордный показатель преломления в ультрафиолетовом свете делают нитрид бора перспективным материалом для создания нанофотонных устройств.

Георгий Ермолаев комментирует: «Ультрафиолетовая нанофотоника только зарождается: нужно уменьшать длину волны света, чтобы уменьшать размеры фотонных устройств. Мы показали, что нитрид бора — отличная платформа для этого, так как, помимо высокого показателя преломления, у него еще и гигантская оптическая анизотропия, которая также увеличивает его эффективность. А низкие оптические потери позволяют передавать информацию на большие расстояния практически без затухания. Мы нашли наконец-то мостик, который бы позволил перейти от электроники к фотонике, то есть использовать преимущества фотона по сравнению с электроном. Сейчас работаем над тем, чтобы уже в реальной фотонной интегральной схеме показать это превосходство». 

Инженеры израильского стартапа Cognifiber создали фотонный чип, спроектированный специально для периферийных вычислений — инфраструктуры, которая избавляет предприятия от необходимости подключаться к облачным средам. Цель Cognifiber — максимально миниатюризировать фотонику, чтобы заменить кремний — ключевой компонент современных чипов — на более дешевое и доступное стекло. Стартап утверждает, что его решение помимо прочего снижает стоимость обучения AI/ML на 80%.

Как сообщает VentureBeat, Cognifiber фокусируется на фотонных вычислениях, но идет дальше, чем современные стартапы из той же области. Как правило, разработчики применяют фотонику в качестве центра связи между стойками в центрах обработки данных. В то же время Cognifiber работает над первой в своем роде микросхемой, которая будет выполнять вычисления самостоятельно. В перспективе такая система пригодится всем — от производителей миниатюрных IoT-устройств до компаний, управляющих крупнейшими дата-центрами.

«Сочетание чипов из фотонного стекла продвигает наше периферийное решение, позволяющее быстро применять искусственный интеллект и машинное обучение локально на периферийных устройствах, которые сейчас ограничены по емкости и допустимой мощности», — отметил Зеев Залевски, соучредитель и технический директор Cognifiber.

Технология Cognifiber базируется на методике вычислений в оптоволокне, которая использует аналоговые сети машинного обучения для обработки данных в оптоволоконном кабеле. Инженеры распространили этот подход на процессоры, построенные на стеклянной подложке, с нанесением коммерчески доступных примесей. В компании утверждают, что, как и обычные чипы, микросхемы Cognifiber можно программировать и реконфигурировать, подобно программируемым вентильным матрицам (FPGA).

Система уже поддерживает как линейные, так и нелинейные операции, что делает технологию подходящим решением для запуска ИИ. Предварительные подсчеты Cognifiber также показали, что обработка в волокне может повысить производительность компьютера в 100 раз и снизить стоимость обучения AI/ML на 80%.

«Потенциал уменьшения размеров за счет использования фотонных чипов на основе стекла в сочетании с нашими запатентованными оптоволоконными кабелями обещает вывести серверы с высокой производительностью на периферию, устранив многие существующие узкие места в IT-инфраструктуре и значительно снизив энергопотребление», — рассказал гендиректор Cognifiber Эяль Коэн. Он также добавил, что технология Cognifiber будет полезна для многих отраслей, где генерируются большие объемы данных, включая беспилотный транспорт, дроны, потребительскую электронику и центры обработки данных.

В прошлом году стартап прошел партнерскую программу Ingenuity Partner Program, а на днях привлек $6 млн венчурного финансирования в раунде серии A. Сейчас Cognifiber дорабатывает свои технологии и нацелен на коммерциализацию фотонных чипов в 2023 году.

https://hightech.plus/2022/04/04/chipi-cognifiber-obeshayut-...

https://venturebeat.com/2022/04/01/cognifiber-miniaturizes-p...

В будущем сердцем каждого смартфона станет маленький светодиодный фонарик. Звучит нелепо, но именно так образно можно представить результат изысканий в области перевода опорных генераторов радиочастотных колебаний в сферу кремниевой фотоники. Речь идёт о новой программе Управления перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA), в рамках которой будут разработаны фотонные РЧ-генераторы с низким уровнем шума.

Агентство объявило о запуске программы GRYPHON (Generating RF with Photonic Oscillators for Low Noise) или, по-русски, радиочастотная генерация на фотонных генераторах для снижения шумов. Прежде всего, речь идёт о снижении фазовых шумов, появление которых обусловлено несовершенством радиочастотных компонентов и зависимости их характеристик от состояния окружающей среды.

Как ни стараются разработчики, выходной радиочастотный сигнал опорных генераторов далёк от идеальной синусоиды. Те или иные искажения — дрожания фазы и другие, будут оставаться в выходном сигнале и влиять на точность настройки, ширину рабочего диапазона и вносить искажения, например, в точность радарных систем. Перевод опорной генерации на интегрированные фотонные системы позволит снизить зависимость от внешних условий и, в первую очередь, от влияния постороннего радиоизлучения.

Первым техническим направлением программы GRYPHON станет разработка малошумящих, компактных и устойчивых к изменению частоты прототипов, способных обеспечить выходной сигнал в диапазоне 1–40 ГГц. Главный ориентир — это быстрое внедрение как военными, так и коммерческими организациями. Успех программы также будет зависеть от доказательства устойчивости к воздействию окружающей среды и демонстрации дорожной карты для крупносерийного и недорогого отечественного производства. В программе будут Honeywell, Nexus Photonics, BAE Systems, Caltech и hQphotonics.

Вторым направлением программы GRYPHON станет поиск передовых методов, обеспечивающих ещё более низкий фазовый шум или сверхширокую перестраиваемость для создания будущих архитектур РЧ-генераторов. Этим, в частности, будут заниматься команды из Колумбийского университета и Университета Вирджинии, которые расширят границы в области материалов и системной интеграции.

«Нелинейная интегральная фотоника открывает путь к достижению невероятной производительности генераторов при уменьшении размеров системы на порядки, — заявил д-р Гордон Килер (Gordon Keeler), руководитель программы в отделе микросистемных технологий DARPA. — Помимо преимуществ в стоимости и размерах, интегрированные оптические подходы могут обеспечить настройку в нескольких частотных диапазонах и устойчивость к воздействию окружающей среды. Если наши команды добьются успеха, это может оказать очень широкое воздействие».

Источник