На протяжении полувека кремниевые чипы в полупроводниковой отрасли были мотором технологической революции. Но сегодня их возможности упираются в физические пределы. На сцену выходит новая, многообещающая технология — фотонные чипы, которые используют для вычислений свет.

Смогут ли они вытеснить классический кремний или им уготована иная роль? Разбираемся в нашем обзоре.

Масштабируемость: куда расти после нанометров?

Закон Мура замедляется. Дальше уменьшать кремниевые транзисторы становится все сложнее и дороже. Фотоника же только начинает свой путь миниатюризации.
Потенциал фотоники для роста огромен, особенно в нишевых применениях, например, в квантовых вычислениях. Однако важно понимать, что это долгосрочная перспектива. Пока что массовое производство сложных фотонных чипов — это дорого и технологически сложно.

Кремниевые чипы — основа современной электроники. Фотонные чипы — используют свет для передачи информации.

Сравнительная таблица: плюсы и минусы двух технологий

Анализ перспектив: конкуренция или синергия?

Из таблицы очевидно, что две технологии не столько конкурируют, сколько дополняют друг друга. У каждой своя ниша.

Перспектива кремния в полупроводниках. Он останется «мозгом» вычислительных систем — ядрами CPU и GPU, блоками памяти, отвечающими за логику и хранение информации.

Перспектива фотоники: она идеальна для задач, где кремний проигрывает:

• Межчиповые соединения: сверхскоростная передача данных между процессорами внутри серверов и в дата-центрах.
• Ускорители ИИ: обработка огромных массивов данных для нейросетей и машинного обучения (как в примере с анализом изображений раковых клеток).
• Квантовые вычисления: управление и считывание состояний кубитов.
• Датчики и лидары: высокоточные сенсоры для медицины, автономного транспорта и телекоммуникаций.

Кремниевая фотоника — мост в будущее

Наиболее вероятный и прагматичный путь развития — это не замена, а гибридизация. Технология кремниевой фотоники — это и есть тот самый мост.
Ее суть в интеграции фотонных компонентов прямо на стандартную кремниевую подложку.

Совместимость технологий: главный барьер на пути революции

Весь современный цифровой мир построен на кремнии. Он дёшев, отработан и идеально интегрируется в любую электронику. Фотонные чипы требуют совершенно новой инфраструктуры: лазеров, модуляторов, детекторов и специальных материалов.

Перспектива:

Это самый большой вызов для фотоники. Полная замена «кремниевого» мира на «фотонный» в обозримом будущем экономически нецелесообразна. Именно поэтому наиболее вероятный сценарий — не замена, а интеграция.

Итог

Будущее: не «против», а «вместе». Эра кремниевой фотоники.

Гибридное решение — кремниевая фотоника — сегодня выглядит самым прагматичным путем. Уже сейчас удается интегрировать десятки тысяч фотонных компонентов на один чип. Это путь постепенной эволюции, а не рискованной революции.
Ждать, что завтра фотонные чипы полностью вытеснят кремниевые, — наивно. Миру не нужна революция, миру нужен эффективный и плавный переход.