Технология Power over Ethernet для передачи питания и данных по одному кабелю мало кого удивит, однако передача питания и данных по одному оптическому кабелю — это свежо и необычно. Этим удивили исследователи из японской корпорации NTT и учёные из Технологического института Китами. По единому оптоволоконному кабелю они передали данные и питание мощностью 1 Вт на расстояние свыше 10 км.

Источник изображения: Pixabay

Для эксперимента был взят обычный 125-мкм волоконно-оптический кабель с четырьмя волокнами. В каждый из четырёх световодов подавался свет с длиной волны 1550 нм, который использовался для получения энергии на противоположном конце, а в два волокна заводились данные на волне длиной 1310 нм. Скорость передачи данных оставалась на уровне 10 Гбит/с, но параллельно происходила передача питания мощностью 1 Вт на расстояние до 14 км.

Источник изображения: NTT

Утверждается, что эффективность предложенного решения достигает 14 Вт/км, что считается мировым рекордом. Подобное решение может стать спасением во время стихийных бедствий, когда на месте отсутствует питание. В таком случае оборудование может быть запитано издалека одновременно с передачей данных. Протянуть один оптический кабель в зону бедствия будет проще, дешевле и безопаснее, чем разворачивать обычную систему подачи электрической энергии. С такой работой сможет справиться даже небольшой коммерческий дрон, поэтому у новой разработки немало шансов воплотиться в реальные продукты.

Организация PCI-SIG доложила о формировании рабочей группы для разработки оптического интерфейса, который смог бы заменить используемую сейчас электронную шину. Это поможет сэкономить энергию, снизить тепловыделение и повысить производительность компьютеров в целом, но в первую очередь технология появится в серверах, дата-центрах и прочих мощных системах.

Источник изображения: Visor69 / pixabay.com

PCI Express, возможно, является важнейшей шиной ПК, соединяющей его наиболее важные компоненты: центральный процессор с дискретным графическим процессором и твердотельным накопителем, а также другими интерфейсами. Развитие этой технологии помогают повысить производительность компьютера в целом, но переход от электроники к оптике означал бы революцию.

Едва ли стоит ожидать, что оптическая версия PCIe появится в ближайшее время — будь то спецификация или тем более реальный прототип. Только в 2025 году ожидается выход спецификации PCI Express 7.0, которая предложит колоссальные 128 ГТ/с. На рынке же самыми актуальными остаются компоненты стандарта PCI Express 4.0, который был утверждён в 2017 году. Компоненты с PCIe 5.0 только начинают свой путь.

Применение оптики для передачи данных изучается более десяти лет: когда-то Intel предложила технологию Light Peak как замену USB, но впоследствии проект был переименован в Thunderbolt и претерпел значительные изменения. Тем не менее, оптические решения не утратили актуальности. Интерконнект вычислительных компонентов может потреблять до 80 % мощности чипов — оптика может снизить этот показатель и повысить скорость передачи данных.

Но в PCI-SIG так далеко пока не заглядывают. «Эта новая рабочая группа по оптическим технологиям будет работать над тем, чтобы сделать архитектуру PCIe более подходящей для оптических устройств», — говорится в заявлении организации.

Аналоговые компьютеры уходят своими корнями в античность. Пик своего развития они прошли с 40-х по 60-е годы XX века, после чего уступили место «цифре». Сегодня аналоговые вычислители снова начинают бросать вызов цифровым решениям в нейроморфных, квантовых и других приложениях и, как оказалось, могут оказаться намного производительнее в процессе крайне сложных математических расчётов.

Источник изображения: Pixabay

Так, в журнале Nature Nanotechnology вышла статья исследователей из института AMOLF, Университета Пенсильвании и Городского университета Нью-Йорка (CUNY), в которой они рассказали о создании наноструктурированной поверхности, которая может решать уравнения с помощью света.

Фактически речь идёт о создании оптических метаповерхностей, падение света на которые (и его отражение) происходит по обычным законам оптики по заранее физически вшитой функции. Этот метод нельзя поставить в один ряд с цифровыми системами для решения любых задач, но для выполнения специфических и математически сложных алгоритмов все очень и очень перспективно.

Цифровые архитектуры в лице процессоров больше не обещают взрывной рост производительности и такой же рост энергоэффективности, что часто формулируют в такой лаконичной форме, как «закон Мура мёртв». Переход на оптические сигналы и структурированные метаповерхности решает обе проблемы: он повысит скорость вычислений за счёт работы света в наноразмерных оптических структурах и снизит энергопотребление по причине отсутствия выделения тепла в ходе расчётов.

Идея подобных вычислений проста. В тончайшем прозрачном слое материи создаются прозрачные области и определённый наномасштабный рельеф под ними. Просто проходя сквозь слой и отражаясь от него свет выполняет расчёт по заданной формуле. Исследователи показали, что таким образом, например, можно обрабатывать изображения. И если обычные компьютеры тратят на такие операции множество циклов, особенно, если в процесс включена обработка матриц, то оптические системы производят вычисления за один цикл.

Источник изображения: Nature Nanotechnology

Один из ведущих авторов работы сказал: «Мы продемонстрировали новый мощный альянс между нанотехнологиями и аналоговыми вычислениями, который может проложить путь к созданию гибридных оптических и электронных вычислительных схем. Дальнейшее развитие наших идей приведет к решению задач повышенной сложности со скоростью и эффективностью, которые ранее были немыслимы».

Meta✴ сообщила о покупке бельгийско-нидерландской компании Luxexcel, передаёт ресурс UploadVR со ссылкой на представителя Meta✴. Основанная в 2009 году компания специализируется на 3D-печати диоптрийных линз.

Источник изображения: luxexcel.com

«Мы рады, что команда Luxexcel присоединилась к Meta✴, углубляя установленное партнёрство между двумя компаниями», — заявил представитель гиганта соцсетей. Новый актив поможет компании усилить своё присутствие на рынке дополненной реальности — это направление занимает более 50 % бюджета профильного подразделения Meta✴ Reality Labs.

Наряду с уже вышедшими Ray-Ban Stories и моделью второго поколения, компания работает над очками дополненной реальности Project Nazare. Глава Meta✴ Марк Цукерберг (Mark Zuckerberg) недавно заявил, что на рынок устройство выйдет в ближайшие годы, и Luxexcel сделает свой вклад в его разработку. Стоит отметить, что гарнитуры виртуальной реальности не предусматривают оптики с диоптриями — её приходится приобретать у сторонних производителей, тогда как Ray-Ban Stories такой вариант предполагают.

Ранее Meta✴ объявила о намерении поглотить стартап Within, разрабатывающий VR-приложение Supernatural для занятий фитнесом, однако сделка встретила противодействие со стороны Федеральной торговой комиссии США (FTC), и право на неё компании Meta✴ придётся отстаивать в суде.

Для создания 3D-голограммы требуется чрезвычайно точное и быстрое управление светом, что выходит за рамки возможностей существующих технологий на жидких кристаллах или микрозеркалах. Решение может быть найдено в свежей разработке международной группы учёных — они создали модулятор света, который по скорости реакции в 10 раз быстрее современных устройств.

Свет обретает форму. Источник изображения: Sampson Wilcox / MIT

«Мы сосредоточились на управлении светом, что является постоянной темой исследований с древности. Наша разработка — ещё один важный шаг к конечной цели полного оптического контроля (в пространстве и времени) для огромного количества приложений, использующих свет», — сказал ведущий автор работы Кристофер Пануски (Christopher Panuski).

Работа является результатом сотрудничества исследователей из Массачусетского технологического института, компании Flexcompute, Университета Стратклайда, Политехнического института Университета штата Нью-Йорк, компании Applied Nanotools, Рочестерского технологического института и Исследовательской лаборатории ВВС США. Публикация вышла в журнале Nature Photonics.

Конструктивно пространственный модулятор света (SLM) состоит из двух частей: блок управления резонатором представлен массивом светодиодов, а напротив располагается массив резонаторов — поле из фотонных кристаллов. Каждый оптический резонатор представляет собой что-то типа полости с регулируемыми свойствами, в которой свет многократно переотражается, прежде чем выйти наружу. Поскольку рабочие характеристики каждого микрорезонатора управляются своим светодиодом — система получилась программируемая, беспроводная и на порядок быстрее актуальных решений.

Микрорезонаторы преобразуют попавший в них извне лазерный луч согласно своим настройкам. Светодиоды играют также роль накачки лазерного луча. Свет лазера задерживается в резонаторе примерно на одну наносекунду, где успевает переотразиться около 10 тыс. раз. После этого резонатор испускает свет в запрограммированном направлении с заданной интенсивностью. Точнее, происходит передача всего светового поля матрицы резонаторов. Это может быть голографическая картинка, сканер тканей головного мозга или пакет передачи данных. И эта скорость передачи обработанной информации в 10 раз больше, чем позволяют современные решения.

Более того, учёные разработали технологию массового производства оптических резонаторов на 200-мм кремниевых пластинах. Утверждается, что предложенная технология сопровождается исчезающее малым уровнем брака. Новая работа в этом направлении обещает помочь создать большие массивы резонаторов для квантовых устройств и перспективных решений для визуализации типа 3D-голограмм или сканеров.

Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) первыми с помощью струйных принтеров напечатали зеркала Брэгга высокого качества. Это может проложить путь к цифровому производству зеркал по индивидуальным заказам, что сделает микро- и макрооптические системы намного дешевле и преобразит мир камер и датчиков.

Источник изображения: KIT

Традиционно многослойные распределённые брэгговские отражатели (РБО), которые широко используются в камерах и датчиках как медицинского, так промышленного и общего назначения, изготавливаются на сложном оборудовании, включая осаждение в вакууме из газовой фазы. Немецкие учёные разработали технологию послойной струйной печати РБО, которая позволяет быстро и сравнительно недорого напечатать многослойные зеркала едва ли не на любой поверхности с сохранением более 99 % отражательной способности.

Брэгговские зеркала могут улучшить как качество микросъёмки, так и эффективность солнечных или телевизионных панелей. Предложенная технология равно хорошо подходит для печати зеркал микронного размера и зеркал площадью в несколько квадратных метров.

«Брэгговские зеркала изготавливаются путем нанесения нескольких тонких слоев материалов на носитель. Полученное оптическое зеркало специфически отражает свет определенной длины волны. Отражательная способность брэгговского зеркала зависит от материалов, количества нанесенных слоев и их толщины. До сих пор зеркала Брэгга производились на дорогостоящих вакуумных установках. Теперь исследователи KIT первыми стали печатать их на различных носителях. Это значительно облегчает производство», — сообщается в пресс-релизе на сайте института Карлсруэ.

Самой большой проблемой было разработать подходящие краски и создать надёжный процесс для производства нескольких тонких слоев. Составляющие краски должны обладать подходящими оптическими свойствами и быть растворимыми. Кроме того, каждый слой должен быть как можно более однородным, чтобы получить последовательную «стопку» слоёв. Также должно точно контролироваться давление, а результаты должны быть воспроизводимыми, чтобы гарантировать отличные оптические свойства и высокую отражательную способность РБО при массовом производстве.

Прорывом стало использование в качестве «оптического» состава красок смеси двух различных материалов: оксида титана и полиметилметакрилата. Выбранные наночастицы показали необходимый результат, позволив добиться отражающей способности красок более 99 %, о чём исследователи рассказали в статье в журнале Advanced Materials.

Подразделение Intel Labs компании Intel сообщило о создании объединённого университетского центра для решения широкого спектра проблем кремниевой фотоники от интеграции элементов в состав процессоров и контроллеров до внешних интерфейсов и линий передачи данных. Сама компания давно работает в области фотоники, но самостоятельно сдвинуть отрасль в этом направлении она не в силах. Нужна совместная работа и Intel готова её координировать.

Источник изображения: Intel

«В Intel Labs мы твёрдо убеждены в том, что ни одна организация не может успешно воплотить все необходимые инновации в реальность. Сотрудничая с лучшими учёными США, Intel открывает двери для развития интегрированной фотоники для следующего поколения вычислительных интерфейсов», — заявил Джеймс Яусси (James Jaussi), директор исследовательской лаборатории физических интерфейсов в Intel Labs.

Исследовательские работы будут возглавляться ведущими учёными из сильнейших американских университетов. Вероятно, как такового физического центра исследований не будет, а работы будут вестись по принципу коллаборации. Intel Labs возьмёт на свои плечи заботу о согласовании проектов, чтобы они были пронизаны сквозной идеей и решениями от производства интегрированных чипов до архитектуры, разъёмов и линий передачи.

Без перехода на оптические интерфейсы для соединения чипов, узлов и стоек производительность вычислительных систем в скором времени упрётся в чрезмерное потребление внешних интерфейсов. Интерфейсы для масштабирования вычислений начнут потреблять больше компьютерных платформ. Выходом из этой ситуации может быть только переход на оптические интерфейсы фактически от чипа до чипа.

Для перехода от электрических интерфейсов к оптическим нужна максимальная интеграция компонентов в контроллеры и процессоры, а это сложные гетерогенные структуры для изготовления лазеров, оптических датчиков и узлов обработки оптического сигнала в составе интегральных схем (усиление, модуляция и другое). Всё это и многое другое сегодня относится скорее к науке, чем к производству. Без совместной академической деятельности, на что надеются в Intel, проблему сложно будет решить.

Учёные Принстонского и Вашингтонского университетов разработали миниатюрную камеру размером не больше крупицы соли. Скромные габариты не мешают ей получать полноцветные изображения высокого разрешения, а в перспективе из таких камер можно будет создавать целые поверхности.

Источник изображения: engineering.princeton.edu

Камера представляет собой прозрачную панель с чем-то вроде круглой гравировки. В реальности этот круг диаметром примерно 0,5 мм содержит 1,6 млн цилиндров. Каждый из них имеет уникальную форму и работает как оптическая антенна — совместно они формируют оптический волновой фронт. Далее при помощи алгоритма искусственного интеллекта система составляет изображение. На выходе получается картинка, превосходящая по качеству изображение существующих датчиков миниатюрных размеров.

Проведя испытания, авторы проекта получили снимок с разрешением 720 × 720 пикселей в полном цвете — с длинами волн от 400 до 700 нм, что примерно соответствует видимому спектру. Пространственное разрешение картинки составило 214 пар линий на 1 мм при угле поля зрения в 40 °. По оценке исследователей, аналогичные показатели демонстрируют обычные современные камеры, которые в полмиллиона раз крупнее, чем их детище.

Ключевым достоинством решения является относительная простота в производстве подобных камер. Они изготавливаются из нитрида кремния, а используемые в конструкции наноструктуры могут получаться при помощи DUV-литрографии, которая широко применяется при производстве полупроводниковой продукции. На практике подобные камеры смогут использоваться не только в медицине, где необходимы компактные габариты, но и в любой другой сфере: глава группы учёных Феликс Хайде (Felix Heide) заявил, что разработанная ими технология метаповерхности позволяет превращать в камеру, точнее, массив камер, практически любую поверхность. Так, смартфонам больше не понадобятся три или четыре камеры, потому что одной гигантской камерой может стать вся задняя крышка устройства.