Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature Photonics. Авторы представили технологию Digital Incoherent Synthesis of Holographic Light Fields (DISH), основанную на формировании трехмерных объектов при помощи специально синтезированных световых полей. В отличие от существующих методов объемной микропечати, где изделие создается последовательно — слой за слоем или точка за точкой, — новая система формирует всю структуру одновременно.
По данным разработчиков, изготовление микроструктуры занимает около 0,6 секунды. Для сравнения: существующие технологии производства аналогичных элементов требуют от нескольких десятков минут до нескольких часов в зависимости от сложности изделия.
Разработка ориентирована прежде всего на выпуск компонентов для фотонных интегральных схем. В отличие от традиционных электронных процессоров, использующих движение электронов, фотонные системы передают и обрабатывают информацию посредством световых сигналов. Такой подход рассматривается как одно из наиболее перспективных направлений развития вычислительной техники на фоне стремительного роста потребностей искусственного интеллекта в вычислительных ресурсах и энергоснабжении.
Интерес к фотонным чипам в последние годы резко вырос. Крупнейшие технологические компании инвестируют в разработку оптических интерконнектов и фотонных ускорителей, способных снизить энергопотребление дата-центров и увеличить пропускную способность вычислительных систем. Однако коммерческое распространение технологии сдерживается сложностью и стоимостью производства.
Фактически производственный цикл остается одним из главных барьеров для отрасли. Создание трехмерных оптических элементов требует высокой точности и сложного оборудования, а многие существующие методы масштабируются с трудом. Китайские исследователи утверждают, что DISH позволяет решить эту проблему за счет параллельной обработки, когда световое поле формирует весь объект одновременно.
Дополнительным преимуществом технологии разработчики называют упрощение производственного процесса. В ряде существующих установок требуется механическое перемещение оптических элементов или вращение обрабатываемого материала, что увеличивает вероятность ошибок и снижает производительность. В новой системе значительная часть операций переносится в вычислительную плоскость — управление осуществляется за счет цифрового синтеза световых полей.
Помимо фотонных процессоров технология потенциально может использоваться для производства компонентов оптической связи, микролинз, сенсоров, медицинских микроструктур и других изделий, где необходима высокая точность формирования объемных элементов.
Появление разработки происходит на фоне масштабных усилий Китая по укреплению технологической независимости в полупроводниковой отрасли. Ограничения на поставки передовых микросхем и оборудования со стороны США и их союзников заставили Пекин активизировать инвестиции как в традиционные направления микроэлектроники, так и в альтернативные архитектуры вычислений.
Фотонные технологии рассматриваются китайскими властями и бизнесом как одна из потенциальных возможностей сократить отставание от западных конкурентов в отдельных сегментах рынка.
Впрочем, до промышленного внедрения новой технологии еще далеко. Исследователям предстоит доказать возможность стабильного серийного производства, подтвердить качество получаемых компонентов и интегрировать процесс в существующие производственные линии. Кроме того, пока неизвестно, насколько конкурентоспособной окажется себестоимость новой технологии по сравнению с действующими методами.
Тем не менее сама тенденция выглядит показательной. Борьба за лидерство в мировой полупроводниковой отрасли все активнее смещается из области совершенствования традиционных транзисторов в сферу новых вычислительных архитектур. И если заявленные характеристики DISH подтвердятся на практике, производство фотонных чипов может перейти из категории высокоточных лабораторных процессов в формат промышленного конвейера.
