Кремний вновь вспыхивает: новая статья раскрывает его потенциал

Краткое изложение новости о фотонике и кремниевой технологии

Фотоника – это направление, которое обещает кардинально изменить высокие технологии благодаря использованию света (ИК‑излучения или видимого спектра) в качестве носителя сигнала. Однако размеры фотонных волноводов и логических схем обычно на несколько порядков превышают размеры аналогичных кремниевых электронных компонентов. Это создаёт серьёзные трудности, если рассматривать применение фотоники для тяжёлых вычислений, например, обучения больших языковых моделей (BЯМ). Глубокие нейросети требуют сотен миллиардов и даже триллионов операций умножения матриц; если каждое из этих умножений будет выполняться на отдельном физическом узле фотонного процессора, объём необходимого оборудования превысит любые разумные пределы.

К тому же изготовление масштабных фотонных схем потребует полного технологического цикла: кремний – материал, который уже почти доведён до совершенства в микроэлектронике, но не подходит для упорядочения и обработки ИК‑излучения из‑за своей неполярной природы. Поэтому даже самые перспективные прототипы фотонных вычислителей остаются дорогими, громоздкими и трудными в производстве.

Почему кремнивая фотоника всё ещё вызывает оптимизм?

1. Непрямозонность кремния
При переходе электрона между свободным и валентным состояниями с испусканием фотона возникают дополнительные энергетические и временные потери, что делает кремниеевые лазеры крайне неэффективными.

2. Гибридные решения
Для создания квантово‑оптических интегральных микросхем (КОИС, PIC) используют гибридную технологию: волноводы и логические контуры изготавливаются на пластинах кремния‑на‑изоляторе (SOI), а мини‑ и нанолазеры – из более подходящих прямозонных материалов. Это приводит к тому, что КОИС не только крупнее традиционных интегральных схем с электронами, но и существенно дороже в производстве.

3. Экономическая чувствительность BЯМ
Современные большие языковые модели сильно зависят от стоимости «железа», на котором они работают. Гибридные схемы, как правило, проигрывают монолитным интегральным решениям по себестоимости.

4. Проблема масштабирования прямозонных материалов
Использование прямозонных полупроводников для всех компонентов (волноводы, контуры и лазеры) потребовало бы десятилетний инвестиционный цикл в совершенно новую отрасль микропроцессорной техники – что практически невозможно в текущих макроэкономических условиях.

Почему всё же кремниевую ветвь фотоники считают перспективной

Кремний – второй по распространённости элемент на Земле, и человечество уже более полувека умеет с ним работать. Это делает его привлекательным для развития новых технологий:
- Существующая инфраструктура – миллионы заводов, специалистов и поставщиков компонентов.
- Потенциал интеграции – возможность объединить фотонику с существующими кремниевыми процессорами.

В апреле 2026 года исследователи из Калифорнийского университета (название не указано) представили новый подход, который может существенно ускорить развитие кремниевой фотоники и сделать её более конкурентоспособной по сравнению с гибридными решениями.

Итог:
Фотоника обещает революцию в высоких технологиях, но пока сталкивается с серьёзными техническими и экономическими барьерами. Кремниевая фотоника остаётся одним из наиболее реалистичных путей её развития благодаря уже существующей инфраструктуре и опыту работы с кремнием. Новые исследования в 2026 году могут изменить баланс между гибридными и монолитными решениями, открыв новые возможности для масштабных фотонных вычислений.