يقترب باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من الرقائق ذات سرعة البيتابت مع تحقيق اختراق في التكامل الضوئي
مع استمرار الذكاء الاصطناعي والحوسبة السحابية ومراكز البيانات عالية الأداء في دفع الطلب العالمي على الحوسبة الأسرع، يتطلع الباحثون بشكل متزايد إلى ما هو أبعد من الإلكترونيات التقليدية. يعتقد فريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) أن الإجابة قد تكمن في التكامل الأكثر كفاءة بين الرقائق الإلكترونية والضوئية. التحدي الذي أدى إلى إبطاء اعتماد الجيل التالي من الحوسبة الضوئية لفترة طويلة. من خلال برنامج أبحاث FUTUR-IC، كشف معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عن سلسلة من التطورات التي يمكن أن تساعد الرقائق الدقيقة المستقبلية على نقل البيانات بأكثر من بيتابت واحد في الثانية مع استهلاك طاقة أقل بكثير. يتمحور العمل حول أجهزة جديدة تعمل على تبسيط عملية دمج الإلكترونيات، التي تعالج المعلومات باستخدام الكهرباء، مع الضوئيات، التي تنقل المعلومات باستخدام الضوء. ووفقا للباحثين، يمكن أيضًا تصنيع التقنيات باستخدام معدات إنتاج أشباه الموصلات الموجودة، مما يجعلها أكثر عملية للتبني على نطاق واسع. حل واحدة من أكبر الاختناقات التي تواجه الضوئيات السيليكونية لسنوات عديدة، نظر المهندسون إلى البصريات المجمعة كواحدة من أكثر الطرق الواعدة لتحسين نقل البيانات داخل الخوادم وأنظمة الحوسبة عالية الأداء. يستهلك الاتصال البصري طاقة أقل بكثير من التوصيلات الكهربائية، مما يجعله جذابًا بشكل متزايد مع توسع مراكز البيانات لدعم أعباء عمل الذكاء الاصطناعي والخدمات السحابية. ومع ذلك، ظل دمج الرقائق الضوئية مع المعالجات الإلكترونية التقليدية أمرًا صعبًا ومكلفًا من الناحية الفنية. يهدف برنامج FUTUR-IC التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى مواجهة هذا التحدي من خلال تطوير المكونات التي تبسط عملية التغليف البصري. من بين أحدث التطورات هناك قارنتان بصريتان جديدتان، قارنة التوصيل الزائلة وقارنة التوصيل ذات المؤشر المتدرج (GRIN)، المصممة لنقل الضوء بين الأجهزة الضوئية بشكل أكثر كفاءة. وسلط الفريق الضوء أيضًا على قارنة ثالثة تم تطويرها مسبقًا من قبل الباحثين بقيادة البروفيسور جوجون هو. تمثل الأجهزة معًا ما يصفه الباحثون بالمعادلات البصرية الأولى لـ “نتوءات اللحام”، وهي الوصلات المعدنية الصغيرة التي تربط الرقائق الإلكترونية الحالية. بدلًا من حمل الإشارات الكهربائية، تنقل هذه الوصلات الضوئية الضوء بين المكونات الضوئية، مما قد يجعل تجميع وتصنيع الحزم الإلكترونية الضوئية المستقبلية أسهل. لماذا تعتبر الضوئيات مهمة؟ على عكس الإشارات الكهربائية، التي تواجه مقاومة متزايدة وفقدان الطاقة مع ارتفاع معدلات البيانات، يمكن للاتصالات الضوئية نقل كميات هائلة من المعلومات مع استهلاك طاقة أقل بكثير. وفقًا لمدير FUTUR-IC Anu Agarwal، فإن الهدف طويل المدى للبرنامج هو نقل نقل البيانات من مئات التيرابت في الثانية اليوم إلى ما يزيد عن بيتابت في الثانية. وترى مجموعة البحث أن استخدام الإلكترونيات في المقام الأول للحسابات مع الاعتماد على الضوئيات للاتصالات يمكن أن يقلل بشكل كبير من متطلبات الطاقة للبنية التحتية للحوسبة المستقبلية. أصبحت الحاجة ملحة بشكل متزايد. ومع نمو نماذج الذكاء الاصطناعي بشكل أكبر واستمرار الخدمات السحابية في التوسع، من المتوقع أن تستهلك مراكز البيانات حصة أكبر من أي وقت مضى من الكهرباء العالمية. يُنظر إلى التكامل الضوئي على نطاق واسع عبر صناعة أشباه الموصلات باعتباره أحد أكثر الأساليب الواعدة لتحسين عرض النطاق الترددي دون زيادة متناسبة في استهلاك الطاقة. قارنات مختلفة لتطبيقات مختلفة بدلاً من تطوير حل عالمي واحد، ابتكر باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مناهج اقتران بصرية متعددة مُحسّنة لمتطلبات مختلفة. توفر قارنة التوصيل GRIN توافقًا أوسع مع الطول الموجي، مما يسمح لها بالعمل عبر نطاق أوسع من الإشارات الضوئية. وفي الوقت نفسه، فإن قارنة التوصيل سريعة الزوال أسهل في التصنيع ويمكن تعبئتها بكثافة أكبر، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب أعدادًا كبيرة من التوصيلات الضوئية داخل منطقة محدودة. وفقًا للباحثين، من المرجح أن تتطلب الأنظمة الإلكترونية الضوئية المستقبلية تقنيات اقتران متعددة، توازن كل منها بين تعقيد التصنيع والكفاءة البصرية وكثافة التكامل بشكل مختلف. ما وراء تصميم الرقاقة يمتد FUTUR-IC إلى ما هو أبعد من أجهزة أشباه الموصلات. كما قدم البرنامج أيضًا Earthster، وهي منصة نمذجة تساعد الشركات على تقييم التأثير البيئي لتصنيع أشباه الموصلات من خلال تحديد استخدام الطاقة واستهلاك المواد والنقاط الساخنة لانبعاثات الكربون عبر منتجاتها. وبالتوازي مع ذلك، تعمل المبادرة على تطوير تدريب القوى العاملة من خلال الدورات التدريبية عبر الإنترنت، والمعسكرات التدريبية، والموارد التعليمية التي تركز على كفاءة موارد أشباه الموصلات. على الرغم من أن النشر التجاري لهذه التقنيات لا يزال بعيدًا بعض الشيء، فإن البحث يعالج أحد التحديات الأكثر إلحاحًا في الصناعة: دمج الضوئيات بكفاءة مع الإلكترونيات التقليدية.
تم النشر: 2026-07-06 17:31:00
