A brit gyökerű innováció motorja: a CORNERSTONE
Az Egyesült Királyságban a fejlesztés élvonalába tartozik a University of Southampton által vezetett CORNERSTONE központ – 2014-es alapítása óta nyílt, licencmentes fotonikai mintagyártó üzemként működik, amely minden szereplő (kutatók, startupok, cégek) számára elérhetővé teszi a szilícium-fotonikai áramkörök tervezésének és tesztelésének eszközeit. Így sikerült jelentősen csökkenteni azokat a fejlesztési akadályokat, amelyek eddig a drága és szűkösen elérhető, speciális gyártó létesítményekhez kötötték az innovációt.
A központot Graham Reed professzor alapította, aki úttörőnek számít a szilícium-fotonika területén, sőt: ő írta a témakör első tankönyvét is. Főként az optikai modulátorok és a nagysebességű adatátviteli megoldások terén végzett munkája révén vált a technológia a modern kommunikációs hálózatok egyik alapelemévé. Ez pedig most különösen fontossá vált, ahogy az MI-rendszerek energiaigénye sosem látott szintre emelkedik, és az iparág a fenntarthatóságot keresve új, áttörő megoldások felé fordul.
Az Arm-kompatibilitástól a nemzeti fotonikai stratégiáig
A CORNERSTONE szemlélete egészen más, mint a tömeggyártásban utazó, jól ismert brit sikertörténet, az Arm. Ahelyett, hogy szabadalmak vagy licencek tulajdonlásából élne, a CORNERSTONE célja éppen az, hogy mindenki számára megnyissa a kutatási, fejlesztési és gyártási infrastruktúrát. Így a stratégia célja nem egy újabb Arm-modell másolása, hanem egy nemzetközi jelentőségű, nyílt innovációs platform kiépítése a szilícium-fotonika terén.
Feltehetően a siker kulcsa egy országos fotonikai stratégia kialakítása és egy úgynevezett Nemzeti Szilícium-fotonikai Pilotüzem felállítása, amely félipari léptékben segítené a prototípusok tömeggyártási szintre jutását. A közös állami és magánbefektetések, valamint az ipari klaszterek megerősítése hozzájárulna, hogy az Egyesült Királyság a legfontosabb technológiai területeken – MI-hardver, fejlett telekommunikáció, szenzortechnika – is megőrizhesse vezető szerepét.
A fény mint forradalmi adatcsatorna
A szilícium-fotonika lényege, hogy elektronok helyett fénnyel közvetít és dolgoz fel adatot: ennek következtében a sávszélesség, az adatátviteli sűrűség, a sebesség és az energiahatékonyság többszöröse az eddig ismertnél. A fejlődő MI-rendszerek jelenleg legnagyobb akadálya az, hogy a tárolt, óriási mennyiségű adatot túl lassan, túl nehezen és túl drágán lehet eljuttatni a processzorokhoz és a memóriához – azonban az optikai összeköttetések révén a szilícium-fotonika nemcsak az átvitel sebességét növeli, hanem drasztikusan csökkenti az energiaigényt is.
Egyes becslések szerint a fotonikai integrált áramkörök akár ötszörös hatékonyságjavulást is hozhatnak. Napjainkban az adatközpontok már így is elképesztő mennyiségű energiát igényelnek, és ahogy az MI térnyerése fokozódik, ez a tendencia tovább nő. A szilícium-fotonika nemcsak a gépi tanulást, hanem a modern kommunikációs hálózatokat, a képalkotást, a szenzortechnikát és a kvantumrendszereket is forradalmasíthatja – a biomedikai diagnosztikától az önvezető autók LiDAR-rendszeréig és a környezetmonitorozásig.
Nvidia új stratégiája: mindent a fényért
Az Nvidia jelentős összegeket fektet a szilícium-fotonikába. Legutóbbi GTC-konferenciájukon Jensen Huang bejelentette, hogy a Spectrum-X Switch, vagyis a világ első, MI-re szabott Ethernet-hálózati platformja mostantól úgynevezett egybeépített optikával működik. Ezáltal magát a fotonikai technológiát közvetlenül a célhardver (ASIC) mellé építik be, így sikerül ledönteni azokat a fizikai korlátokat, amelyeket a hagyományos, rézalapú megoldások jelentettek.
Az Nvidia ezzel elismeri: a szilícium-fotonika kulcsfontosságú a jövő MI-infrastruktúrája számára, és a jövőben a fény segítségével igyekszik kitágítani a teljesítmény és az energiahatékonyság határait.
A nyílt forráskódú, licencmentes modell előnyei
A CORNERSTONE elsődleges célja a szilícium-fotonika demokratizálása, vagyis mindazok számára elérhetővé tenni a fejlesztési lehetőséget, akikben ott a kísérletezés és újítás szándéka. A hagyományosan szűkös, licences, drága és összetett hozzáférést biztosító mintagyártókkal ellentétben itt minden kutató, startup és vállalat szabadon tervezhet, gyárthat és tesztelhet fotonikai áramköröket. Az elzárt laboratóriumok világából így a robbanásszerű ötletek szabad piaca lehet, ahol gyorsabban születnek új technológiák, rövidül az innovációs ciklus, és a végső alkalmazás is hamarabb a mindennapi élet részévé válhat.
Az együttműködésekkel teljes és élénk ökoszisztéma épülhet ki a fotonikai technológia köré, amely gyorsítja a fejlődést.
A jövő: már nemcsak a szilícium számít
Most a szilícium-fotonika áll a befektetések és a figyelem középpontjában, ugyanakkor a következő lépésben várhatóan új anyagok integrációja is megjelenik majd – például a lítium-niobát vagy a bárium-titanát –, amelyekkel a jelenlegi, akár 400 Gbps/fotonsáv fölötti, szupergyors kommunikációs rendszerek válnak megvalósíthatóvá. Ez az úgynevezett heterogén integráció, amely hosszabb távon még tovább bővítheti a fényalapú chipek képességeit és a felhasználási lehetőségeket.
