تعد ضوئيات السيليكون إحدى التقنيات المتوقع أن تشكل مستقبل الذكاء الاصطناعي والاتصالات والبنية التحتية للبيانات.
وفي قلب الكثير من عمل المملكة المتحدة في هذا المجال يوجد CORNERSTONE، وهو مركز ابتكار ضوئيات السيليكون بقيادة جامعة ساوثهامبتون. تأسس المركز في عام 2014، وهو يعمل كمسبك للنماذج الأولية للضوئيات مفتوح المصدر وخالي من الترخيص، مما يوفر للباحثين والشركات الناشئة والصناعة إمكانية الوصول إلى الأدوات اللازمة لتصميم واختبار الدوائر المتكاملة الضوئية.
يستمر المقال أدناه
والهدف هو خفض الحواجز التي أدت تقليديا إلى إبطاء تطور تكنولوجيات الرقائق المتقدمة، وخاصة حيث يكون الوصول إلى مرافق التصنيع المتخصصة محدودا.
تقليل الطلب المتزايد على الطاقة لأنظمة الذكاء الاصطناعي
يتم استضافة CORNERSTONE من قبل جامعة ساوثامبتون بالشراكة مع جامعة جلاسكو ومجلس مرافق العلوم والتكنولوجيا في المملكة المتحدة. ويجمع منهجها بين الخبرة البحثية الأكاديمية والدعم الهندسي العملي، مما يسمح للمستخدمين بالانتقال من المفاهيم المبكرة إلى النماذج الأولية العاملة دون تجاوز اتفاقيات الترخيص المقيدة أو فترات التصنيع الطويلة.
تأسس المركز على يد البروفيسور جراهام ريد، الذي يُنظر إليه على نطاق واسع على أنه أحد رواد ضوئيات السيليكون ومؤلف أول كتاب دراسي حول هذا الموضوع.
وقد ساعد عمله في تأسيس ضوئيات السيليكون كتقنية عملية، خاصة في مجالات مثل المغيرات الضوئية وأجهزة نقل البيانات عالية السرعة المستخدمة الآن على نطاق واسع في أنظمة الاتصالات الحديثة.
تكثف الاهتمام بضوئيات السيليكون مع بحث الشركات عن طرق لتقليل الطلب المتزايد على الطاقة لأنظمة الذكاء الاصطناعي.
عزز النشاط الاستثماري الأخير عبر صناعات أشباه الموصلات والشبكات فكرة أن الضوئيات يمكن أن تلعب دورًا مركزيًا في البنية التحتية للحوسبة من الجيل التالي.
أردت معرفة المزيد، لذلك تحدثت إلى البروفيسور ريد حول نمو ضوئيات السيليكون، ودور نماذج الابتكار مفتوحة الوصول، ولماذا يمكن لقرارات الاستثمار المتخذة اليوم أن تشكل مستقبل الذكاء الاصطناعي والاتصالات والحوسبة المتقدمة في جميع أنحاء العالم.
- هل يمكن أن يكون CORNERSTONE هو الذراع التالي؟ إذا كانت الإجابة بنعم، ما هي خارطة الطريق؟ إذا كان الجواب لا، لماذا لا؟ ما هي الاختلافات الأساسية في النهج؟
أظهر Arm كيف يمكن لشركة تصميم مقرها المملكة المتحدة أن تتوسع عالميًا من خلال التركيز على تمكين التصميم بدلاً من التصنيع الضخم. وبهذا المعنى، هناك أوجه تشابه مع ما نقوم به في CORNERSTONE، لكن نهجنا مختلف.
نحن نمكن الابتكار في دوائر السيليكون الضوئية المتكاملة (PICs) من خلال خفض حاجز الدخول أمام الباحثين والشركات الناشئة والصناعة. توفر منصتنا وصولاً مفتوحًا إلى التصنيع وأدوات التصميم والمعرفة العملية حتى يتمكن المبتكرون من الانتقال بسرعة من المفهوم إلى النموذج الأولي. على عكس نموذج الترخيص الخاص بشركة Arm، فإن نهجنا مفتوح المصدر وخالي من الترخيص بشكل متعمد، وهو مصمم لتحقيق أقصى قدر من المشاركة والتجريب.
ومع ذلك، لكي يحقق قطاع ضوئيات السيليكون في المملكة المتحدة نجاحًا عالميًا بشكل عام، نحتاج إلى خارطة طريق وطنية للضوئيات. وقد تم توضيح ذلك مؤخرًا في رسالة من مجلس العلوم والتكنولوجيا، ينصح فيها رئيس الوزراء بكيفية اغتنام فرصة الضوئيات.
بناءً على استراتيجية الكم الوطنية واستراتيجية أشباه الموصلات، يجب على الحكومة والصناعة العمل معًا لتعزيز مجموعات الضوئيات الحالية من خلال الاستثمار المستهدف في المهارات، وتوسيع نطاق البنية التحتية، والقدرة على التصنيع والتعاون.
جزء مهم من هذا سيكون إنشاء الخط التجريبي الوطني لضوئيات السيليكون – وهو منشأة شبه صناعية حيث يمكن للشركات تجاوز النماذج الأولية لإثبات المفهوم وتطوير تصميمات قابلة للتصنيع على نطاق واسع.
ويدعم هذا المجال التكنولوجي أيضًا تقنيات رائدة أخرى ذات أهمية كبيرة للاستراتيجية الصناعية في المملكة المتحدة، مثل أجهزة الذكاء الاصطناعي والاتصالات المتقدمة، مما يجعلها خيارًا استراتيجيًا للمملكة المتحدة.
لذا بدلاً من تكرار نموذج ترخيص شركة آرم، فإن الهدف هو بناء منصة ابتكار ذات أهمية عالمية ونظام بيئي لضوئيات السيليكون، مما يمكّن الباحثين والشركات في المملكة المتحدة من تطوير تقنيات من شأنها تشغيل الجيل القادم من البنية التحتية للذكاء الاصطناعي، وأنظمة الاستشعار للرعاية الصحية ومراقبة البيئة، والتقنيات الكمومية.
- تراهن Nvidia بشكل كبير على Silicon Photonics. ما هي المشاكل التي تحلها الضوئيات (نقل البيانات أو الحساب الفعلي – الاستدلال أو التدريب). ما هو نوع التأثير الذي سيحدثه SP إذا انتقلت Nvidia إلى التكنولوجيا على نطاق واسع؟
تستخدم الضوئيات الضوء بدلاً من الإلكترونات لنقل المعلومات ومعالجتها. وهذا يوفر مزايا هائلة من حيث عرض النطاق الترددي، وكثافة عرض النطاق الترددي، والسرعة، وكفاءة استخدام الطاقة، ولهذا السبب تمثل ضوئيات السيليكون واحدة من أهم الفرص الاستراتيجية للنمو الصناعي في هذا العقد.
أصبحت أنظمة الذكاء الاصطناعي اليوم محدودة بشكل متزايد بسبب مدى سرعة وكفاءة نقل البيانات بين المعالجات والذاكرة ومراكز البيانات. يمكن للاتصالات الضوئية التي تم إنشاؤها باستخدام ضوئيات السيليكون نقل البيانات بكفاءة أكبر بكثير من التوصيلات الكهربائية التقليدية، مما يقلل بشكل كبير من زمن الوصول واستهلاك الطاقة.
أصبح هذا أكثر أهمية مع نمو أعباء عمل الذكاء الاصطناعي. تستهلك مراكز البيانات بالفعل كميات هائلة من الطاقة، ومع تسارع اعتماد الذكاء الاصطناعي، سيزداد هذا الطلب. تشير الأبحاث التي أجرتها شركة Nvidia إلى أن الضوئيات المتكاملة يمكن أن تزيد من كفاءة الطاقة بمقدار خمسة أضعاف.
إن المشكلات التي تحلها ضوئيات السيليكون تتجاوز حدود الذكاء الاصطناعي واستهلاك الطاقة. تدعم ضوئيات السيليكون شبكات الاتصالات الحديثة وأنظمة التصوير وتقنيات الاستشعار وأنظمة الكم.
تتراوح التطبيقات الناشئة من التشخيص الطبي الحيوي والمراقبة البيئية إلى LiDAR للمركبات ذاتية القيادة والاتصالات الكمومية. هذا النطاق الواسع من التطبيقات هو السبب وراء امتلاك هذه التكنولوجيا الكثير من الإمكانات.
لقد استثمرت Nvidia بالفعل بشكل كبير في مجال الضوئيات السيليكونية، وفي GTC هذا العام، كان التزام الشركة المستمر واضحًا. خلال كلمته الرئيسية، تحدث جنسن هوانغ عن تحديث Spectrum-X Switch، وهو مكون الشبكة الأساسي لمنصة Spectrum-X، وهو أول نسيج إيثرنت في العالم مصمم خصيصًا للذكاء الاصطناعي، والذي سيستخدم الآن البصريات المجمعة (CPO)، مما يؤكد أن ضوئيات السيليكون أساسية للجيل التالي من البنية التحتية للذكاء الاصطناعي لشركة Nvidia.
من خلال تقريب الضوئيات من الدوائر المتكاملة المخصصة للتطبيقات (ASICs)، تتغلب Nvidia DIA على الاختناقات المادية للتوصيلات البينية التقليدية. إن محور هوانج جدير بالملاحظة: على الرغم من التزامه التاريخي بالنحاس من أجل التوسع، فقد وضع الآن الضوئيات في قلب استراتيجية الذكاء الاصطناعي للشركة.
- لماذا تبنت شركة Cornerstone مفهوم النظام الأساسي مفتوح المصدر بدون ترخيص؟ كيف يختلف ذلك عما كان يفعله الآخرون؟
هدفنا في CORNERSTONE هو إتاحة الوصول إلى ضوئيات السيليكون حتى يتمكن عدد أكبر من الأشخاص من الابتكار باستخدامها. لقد أثبت المصدر المفتوح أهميته بالنسبة لبعض المستخدمين.
تقليديا، كان الوصول إلى التصنيع المتقدم مقيدًا بسبب ترتيبات الترخيص المعقدة والتكاليف المرتفعة والافتقار إلى المرونة. يؤدي هذا إلى إبطاء الابتكار، خاصة بالنسبة للشركات الناشئة ومجموعات البحث التي ترغب في تجربة أفكار جديدة.
يأخذ CORNERSTONE نهجا مختلفا. نحن مسبك الضوئيات السيليكون الوحيد مفتوح المصدر حيث يمكن للعملاء تصميم وتصنيع واختبار الدوائر المتكاملة الضوئية (PICs) دون حواجز الترخيص المقيدة. ومن خلال إزالة هذه الحواجز، يمكن للعملاء التركيز على تجربة المشكلات الحقيقية وبناءها وحلها بدلاً من الوصول إلى التكنولوجيا.
نحن نستخدم نموذجًا مفتوح المصدر لتشجيع التعاون بين الأوساط الأكاديمية والشركات الناشئة والصناعة، وفي النهاية دعم النظام البيئي الأوسع لضوئيات السيليكون. ومن الناحية العملية، يعني ذلك أنه يمكن اختبار الأفكار الجديدة بشكل أسرع، ويمكن أن تتطور التصاميم بسرعة أكبر، ويصبح المسار من المفهوم إلى التطبيق أقصر بكثير.
في نهاية المطاف، المصدر المفتوح يعني أن التكنولوجيا سوف تتقدم بشكل أسرع، وبالتالي، ستحسن الحياة اليومية بشكل أسرع أيضًا.
- ضوئيات السيليكون هي المكان الذي توجد فيه الاستثمارات والمصالح في الوقت الحالي. وفي المستقبل، هل تعتبر المواد الأخرى وريثة للسيليكون أم أنها بعيدة المنال؟
يتزايد الاهتمام والاستثمار في مجال ضوئيات السيليكون – كما رأينا مع استثمار Nvidia الأخير بقيمة 4 مليارات دولار في اثنتين من الشركات المتعاونة معها. ولكن لا يزال هناك عمل يجب القيام به لوضع ضوئيات السيليكون على رأس جدول الأعمال.
سيعتمد مستقبل ضوئيات السيليكون في نهاية المطاف على دمج مواد جديدة لفتح المزيد من الوظائف لبعض التطبيقات، ولا سيما الاتصالات عالية السرعة التي تتجاوز 400 جيجابت / ثانية / الطول الموجي.
يُعرف هذا بالتكامل غير المتجانس، مع مواد مثل نيوبات الليثيوم ذات الأغشية الرقيقة أو تيتانات الباريوم، والتي قد تتيح تعديلًا عالي السرعة.
اتبع TechRadar على أخبار جوجل و أضفنا كمصدر مفضل للحصول على أخبار الخبراء والمراجعات والآراء في خلاصاتك. تأكد من النقر على زر المتابعة!
وبالطبع يمكنك أيضًا اتبع TechRadar على TikTok للحصول على الأخبار والمراجعات وفتح الصناديق في شكل فيديو، والحصول على تحديثات منتظمة منا على واتساب أيضاً.
التعليقات