По словам экспертов, самая вероятная перспектива развития компьютерных технологий – отказ от электроники в пользу фотоники. Когда произойдет этот знаменательный момент ИТ-аналитики прогнозировать даже не берутся, так как технологии обработки и передачи электронных сигналов совершенствовались в течение нескольких десятков лет, тогда как обработка и передача фотонных сигналов пока находится в стадии зарождения.
На пути создания действующего компьютера на базе фотонных интегральных схем стоят еще как множество небольших инженерных вопросов, так и сложных технологических и научных проблем. Сборка в одну действующую машину всех современных наработок, их совершенствование, создание системного аналитического подхода и методов решения, пока представляют собой сложнейшую задачу для современных специалистов.
Что же это такое?
ФИП – фотонная интегральная (или оптическая) схема представляет собой фотонное многокомпонентное устройство, выполненное на плоском основании (подложке). Главный функционал ФИП – передача и обработка оптических сигналов (традиционно в ближнем инфракрасном или в видимом диапазонах длин волн).
Технология изготовления ФИС схожа с технологией, которая применяется для производства электронных интегральных схем (ЭИС): для разметки подложки используется фотолитография, после чего происходит травление и нанесение различных компонентов схемы.
Где используются?
Современные ФИС используются достаточно широко, в основном, в оптических системах связи, оптических сетях, а также в оборудовании устойчивом к действию электромагнитного импульса.
Примером ФИС могут также послужить пришедшие на смену мультиплексорам на дискретных элементах, мультиплексоры ввода-вывода с изменяющейся конфигурацией для систем оптической связи. Еще одна область использования - оптический передатчик с объединенными на одном чипе рабочими компонентами.
Весомое преимущество ФИС – возможность производить более высокопроизводительные и компактные оптические системы, и возможность интегрировать их с электронными схемами для уменьшения размера оптико-электронных приборов и систем самого широкого функуционала.
Что с компьютерами?
Несмотря на существенный прогресс в деле разработки и использования ФИС, с компьютерной техникой, дело обстоит пока не очень хорошо. Глядя на разработчиков можно предположить, что они просто делают вид, что производят что-то нужное, но на самом деле делают пока только то, что могут. Кстати, подобным образом дело обстоит во многих отраслях науки и техники.
По сути, главная задача, которая стоит перед инженерами, заключается в разработке световодов, которые должны использоваться в качестве каналов связи в фотонных микрочипах. Ну а главная проблема – это «утечка» фотонов при их прохождении через граничные области оптоволоконных кабелей в окружающую среду. С подобным уже сталкивались электрики, они имели дело с утечкой тока в электронных схемах. Из-за таких потерь, минимальных на первый взгляд, может существенно снижаться мощность фотонных сигналов, вплоть до полной их потери.
Особенно проблемными местами для фотонов, перемещающихся по световоду, являются места изгибов кабеля, без которых не обойтись ни в одной микросхеме. Международная группа ученых под управлением специалистов из американского университета Пердью, смогла разработать особый материал со свойствами диэлектриков, который позволяет фотону отражаться в кабеле, даже в местах поворотов. Также в разработку внесли существенный вклад ученые из Шанхайского института информационных технологий и микросистем и из канадских университетов Британского Колумбии и Альбертского.