В России произвели фотонные интегральные схемы по топологии 90 и 350 нанометров. Они нужны для создания оптических квантовых и нейроморфных процессоров, необходимых для ускорения систем искусственного интеллекта и вычислительных устройств.

Российские фотонные ИС

Как стало известно CNews, в России разработали и изготовили фотонные интегральные схемы (ФИС). Одна из них создана на основе топологических норм 90 нанометров «Микроном», другая с топологией 350 нанометров выпущена НИИ измерительных систем им. Ю.Е. Седакова. Это следует из презентации развития Национального центра физики и математики (НЦФМ), с которой ознакомился CNews.

Вместе с тем в стране ведутся исследования для разработки фотонного сопроцессора на принципах интегральной фотоники (НИФТИ ННГУ, МФТИ, НИИИС им. Седакова, «Микрон» и ИФМ РАН).

Эти разработки необходимы для создания гибридной электронно-фотонной вычислительной системы (ФВМ), которая была представлена НЦФМ.

Ожидается, что система достигнет производительности до 1 зеттафлопс или 1021 операций с плавающей запятой в секунду.

В презентации отмечается, что российская гибридная электронно-фотонная вычислительная система будет сделана на доступной в России элементной базе.

Из документа не ясно, речь идет о серийных или опытных образцах. В «Микроне» и НИИ измерительных систем не ответили на запрос CNews. Представители «Росатома», которому подконтролен НЦФМ, не ответили на вопросы о проекте, потребовав от журналистов CNews раскрыть источники информации.

Фотонные интегральные схемы

Фотонные интегральные схемы — один из ключевых элементов для создания оптических квантовых и нейроморфных процессоров, которые нужны для ускорения систем искусственного интеллекта и вычислительных устройств.

Фотонная платформа сегодня выступает одной из ведущих в области разработки гибридных вычислительных систем на базе суперкомпьютеров с квантовыми и нейроморфными ядрами, отмечают в национальной ассоциации участников рынка робототехники.

Разработками в этой области занимаются ученые США, Китая и Европы. Например, нейроморфные фотонные процессоры от американского стартапа Lightmatter, разрабатывающего оптические ускорители для ИИ, по своей мощности в экспериментах уже превосходят самые быстрые графические процессоры NVIDIA A100 более чем в 10 раз.

В научно-образовательном центре Функциональные Микро/Наносистемы (НОЦ ФМН) в 2024 г. была разработана технология ФИС на основе волноводов из нитрида кремния, в которой применяются технологии, аналогичные производству чипов самых современных процессоров. Эти технологии станут фундаментом для реализации программы развития интегральной фотоники в России.

Сейчас проектированием фотонных интегральных схем занимается Зеленоградский нанотехнологический центр (ЗНТЦ) и научно-производственный комплекс «Технологический центр».

Для чего нужна ФВМ

Согласно презентации, гибридная электронно-фотонная вычислительная система, для которой созданы интегральные схемы, необходима для решения прикладных задач ОПК и гражданских отраслей. Ее создание также направлено на достижение технологического суверенитета страны в области создания супер-ЭВМ сверхвысокой производительности.

Как сообщал научный руководитель НЦФМ, академик Российской академии наук Александр Сергеев, НЦФМ работает над созданием гибридной электронно-фотонной вычислительной системы со скоростью обработки информации, превышающей достигнутый в мире уровень. Существующие фотонные вычислительные системы уже способны ускорить решение задач в сто-тысячу раз по сравнению с современными ЭВМ на графических ускорителях.

Система вычислений, сочетающая электронику и фотонику, предназначена для сверхбыстрой обработки данных с применением нейросетевых методов на основе оптических искусственных нейронных сетей, сказал Сергеев.

«Фактически, это будет компьютер, сопроцессоры которого проводят вычисления со скоростью света. Мы планируем в ближайшие два года создать рабочий прототип устройства со скоростью обработки информации более 10 в 19-й степени операций в секунду, заметно превышающей текущий мировой уровень», — заявил он.

Что сделано сейчас

Уже сейчас разработана дорожная карта по созданию ФВМ и создан демонстрационный образец ФВМ. Создаются отечественные пространственные модуляторы света на основе жидких кристаллов.

Согласно презентации НЦФМ, проект был поддержан отделением физических наук РАН, он рекомендовал представить проект Президенту России Владимиру Путину.

В течение последующих четырех лет должны быть проведены работы по подтверждению технологической и производственной реализуемости проекта.

По этому направлению в Институте физики полупроводников (ИФП) СО РАН в Новосибирске созданы отечественные инновационные экраны для высокопроизводительного фотонного процессора, которые являются «сердцем фотонной машины». Экраны размером тысяча на тысячу пикселей изготовлены путем использования жидких кристаллов. Они используют частицы света для распознавания объектов со скоростью обработки информации.

Кроме быстродействия и широкого спектрального диапазона, аналоговые оптические вычислительные системы обладают полной защищенностью от электромагнитных помех, возможность параллельной обработки данных и потребляют мало энергии.

Чем занимается НЦФМ

НЦФМ был создан в 2021 г. по поручению Президента России в городе Сарове (Нижегородская область), указано на его сайте. Научно-исследовательский центр специализируется на получении принципиально новых знаний в области новой физики, передовой математики и информационных технологий. Научную кооперацию НЦФМ составляют свыше 55 институтов РАН, научных центров, вузов и высокотехнологичных компаний.

Как писал CNews, на создание Национального центра физики и математики (НЦФМ) в Сарове потребуется 27 млрд руб. в 2024-2027 гг. В 2021 г. Правительство уже выделяло 5 млрд руб. на три года. Центр планировали построить к 2025 г.