Оптичні обчислення на межі виходу на масовий ринок в аерокосмічній та оборонній промисловостях
24 березня 2025 року
Виклики, пов’язані з оптичними міжчіповими інтерконектами, демонструють ознаки розв’язання завдяки інноваційним дослідженням, зосередженим на їхньому розвитку. Оптичні обчислення вже багато років вважаються “наступним великим досягненням” завдяки своєму потенціалу значно підвищити швидкість передачі даних, поліпшити безпеку інформації та збільшити стійкість до втручання електронної війни (EW) та електромагнітних перешкод.
Використання оптичних волокон та лазерів для заміни традиційних мідних інтерконектів обіцяє суттєві досягнення в чипових, коробкових та системних застосуваннях. Хоча досягнено певного прогресу у встановленні оптичних зв’язків між коробками та спинками, перехід до оптичних обчислень відбувався повільно.
Виклики у розвитку оптичних обчислень
Не дивлячись на свої переваги, оптичні обчислення мають проблеми з отриманням визнання в промисловості. Поліпшення швидкості передачі даних через традиційні мідні інтерконекти надає більш економічні та менш ризиковані альтернативи порівняно з оптичними рішеннями. К тому ж, існуюча інфраструктура на основі міді пропонує суттєві переваги в плані рентабельності і масштабу, що робить перехід до оптичних технологій складною задачею.
Проте нові дослідницькі ініціативи розвивають нові горизонти в оптичних міжчіпових інтерконектах, акцентуючи увагу на додатках у квантовій обчислювальній техніці. Нещодавно Агентство передових дослідницьких проектів Міністерства оборони США (DARPA) оголосило про три нові контракти, спрямовані на вивчення оптичних міжчіпових і 3D-межчіпових інтерконектів, які підвищують швидкість передачі інформації та знижують вразливість до електромагнітних перешкод.
Інноваційна програма HAPPI DARPA
Три обрані організації – SRI International, сегмент RTX Raytheon і Північна каролінська державна університет будуть працювати над програмою Гетерогенно адаптивно вироблені фотонні інтерфейси (HAPPI). Ця ініціатива зосереджена на створенні високощільних 3D-оптичних зв’язків між чіпами і пропонує різні варіанти маршрутизації в межах фотонних інтегрованих схем.
Протягом цього проекту SRI, RTX Raytheon і Н.К. Держава намагатимуться продемонструвати доцільність низькотратних, високо щільних оптичних інтерконектів для 3D-чипів за допомогою масштабованого процесу виробництва, який відповідає стандартам мікроелектроніки. Основна увага буде зосереджена на вертикальних зв’язках маршрутизації між шарами, які можуть проходити через різну товщину підкладки, а також на методах ефективної купки світла між фотонними чіпами.
Ціль на високу щільність передачі інформації
Програма HAPPI намагається досягти приголомшливого збільшення щільності передачі інформації на мікросистему у 1000 разів, використовуючи фотонні сигнали. Ефективна обробка та передача інформації в межах мікросистеми вимагає потужної технології маршрутизації сигналу, яка допускає високі швидкості передачі даних і щільну мережу точок доступу. Такі інтерфейси також повинні витримувати звичайні несправності, що виникають у процесах виробництва та складання.
Ця програма на 36 місяців складається з двох фаз: спочатку потрібно перевірити практичність 3D маршрутизації в інтегрованій фотоніці протягом 18 місяців, після чого протягом наступних 18 місяців зосередяться на підвищенні щільності і масштабованості виробничої платформи маршрутизації.
Розробка надйних та адаптованих інтерфейсів
Ці три організації також розроблять інтерфейси, призначені для оптимальної стабільності за різних екологічних умов, сумісні зі стандартними виробничими практиками мікроелектроніки. Проект зосередиться на вирішенні проблем, пов’язаних із купкою фотонних інтегрованих схем, включаючи різнобічні оптоелектронні компоненти, такі як джерела, підсилювачі, модулятори та фільтри, всі діючі в видимому або близькосередньому інфрачервоному діапазонах.
Тим часом, фінансування, яке вже становить близько 20 мільйонів доларів, може здаватися скромним, однак це означає суттєвий крок у напрямку технологічних проривів, які можуть перемістити оптичні комп’ютери ближче до масового Експлуатацію в аерокосмічній та оборонній сферах.
Про автора
Джон Келлер є головним редактором у Military & Aerospace Electronics Magazine, який надає детальне висвітлення і аналіз важливих електронних та оптоелектронних технологій, що застосовуються в армійських, космічних та цивільних авіаційних секторах. Джон працює в команді Military & Aerospace Electronics з 1989 року, а з 1995 року – на посаді головного редактора.
