Фотонный вычислитель на нормах 90–45 нм планируют противопоставить GPU в ИИ

Российские разработчики рассматривают фотонные вычислители как специализированное дополнение к графическим процессорам для части задач искусственного интеллекта. Об этом говорили участники круглого стола по развитию фотонных вычислений, итоги приводит ТАСС со ссылкой на группу компаний «Элемент». О полной замене GPU речь не идёт: обсуждается гибридная архитектура, где оптика выполняет подходящие ей операции, а остальное остаётся за электроникой.

Где применяют фотонное ядро

Основой такой системы может стать фотонное матричное ядро. Его предполагают использовать для инференса нейросетей, обработки сигналов и части задач оптимизации. Работать фотонный вычислитель должен вместе с электронной памятью и контроллерами, источниками света, преобразователями оптических и электрических сигналов. Для готовых решений понадобятся также собственные технологии корпусирования и тестирования и программный стек.

Главное преимущество фотоники для России разработчики видят в менее жёстких требованиях к производственным техпроцессам. Ключевые элементы кремниевых фотонных схем можно делать по нормам 90–45 нм, тогда как современные GPU выпускают по 3–6 нм. Электронную управляющую часть при этом можно производить отдельно и соединять с фотонным кристаллом в одной гибридной сборке.

Такой подход рассматривают как один из вариантов развития ИИ-вычислений при ограниченном доступе к передовым зарубежным GPU и техпроцессам уровня 3–6 нм. За рубежом фотонику уже применяют для высокоскоростной передачи данных в ИИ-кластерах. Полноценные фотонные вычислительные модули, по оценке представителей «Элемента», могут начать выходить на рынок в 2028–2029 годах.

Разработчики подобных решений заявляют о потенциальном более чем десятикратном преимуществе по энергоэффективности перед традиционными GPU. В «Элементе» при этом отмечают, что такие показатели пока в основном приводят сами разработчики.

Что уже есть в России

Производственная база в стране формируется. В Москве работает специализированный центр разработки и производства фотонных интегральных схем. Институт нанотехнологий микроэлектроники РАН занимается планарной фотоникой, в том числе технологиями на основе нитрида кремния. «Лазерный центр» вместе с Академическим университетом имени Алферова разработал серийную установку безмасковой лазерной литографии для экспериментальных и мелкосерийных устройств.

Исследования ведёт и Сбер. Его специалисты определяют, какие операции нейронных сетей целесообразно переносить на оптику, а какие эффективнее выполнять классической электроникой. Первые прототипы оптических вычислителей уже созданы.

Сроки

Следующий этап — создание полноценной технологической экосистемы. Разработчикам понадобятся отечественные библиотеки фотонных элементов и возможность размещать проекты нескольких команд на одной полупроводниковой пластине. Московскому центру фотоники предстоит освоить германиевые фотодетекторы, лазеры, компоненты на основе ниобата лития, а также технологии сборки, корпусирования и автоматизированного тестирования.

К 2027 году разработчики планируют сформулировать требования к фотонному вычислителю, который можно передать в производство. На 2028–2029 годы намечена опытная эксплуатация модуля. К этому времени они рассчитывают показать реальную вычислительную задачу, где российский фотонный ускоритель даст измеримое преимущество перед традиционным GPU.