Стремительное развитие искусственного интеллекта совершает настоящую революцию во множестве отраслей, от здравоохранения и финансов до телекоммуникаций и автономного транспорта, однако за этим технологическим прорывом скрывается серьезная проблема, связанная с колоссальным ростом энергопотребления и физическими ограничениями современной электроники. По мере того как модели ИИ становятся все более сложными и масштабными, вычислительные мощности, необходимые для их обучения и работы, растут по экспоненте, удваиваясь примерно каждые шесть месяцев. Традиционное оборудование на базе кремниевых чипов, включая центральные и графические процессоры, сталкивается с фундаментальными препятствиями в скорости передачи данных и энергоэффективности, и даже закон Мура больше не поспевает за аппетитами алгоритмов. В этом контексте фотоника – наука и технологии управления светом – выступает единственной реальной альтернативой, способной обеспечить необходимый скачок в производительности при существенном снижении углеродного следа.
Энергетический аспект проблемы становится все более тревожным, поскольку генерация всего одного изображения с помощью нейросети требует столько же энергии, сколько необходимо для полной зарядки аккумулятора современного смартфона. Согласно данным Международного энергетического агентства, потребление электричества центрами обработки данных к 2030 году может удвоиться, причем значительная часть этого роста будет обеспечена именно внедрением ИИ. Уже сегодня на дата-центры приходится около полутора процентов мирового энергопотребления, и прогнозы показывают, что удовлетворить этот спрос можно будет лишь при условии, что почти половина новой энергии будет поступать от возобновляемых источников, где значительную роль сыграет солнечная энергетика и ВЭС. Однако простого наращивания генерации недостаточно, так как микроэлектроника достигла своих физических пределов: передача данных с помощью электронов по медным проводникам вызывает нагрев и задержки, которые невозможно устранить в рамках существующей парадигмы.
Решением проблемы становится переход от электронов к фотонам, которые позволяют передавать информацию со скоростью света и с минимальными потерями энергии. Фотоника уже является основой телекоммуникационной инфраструктуры, соединяя дата-центры оптоволоконными кабелями, но в ближайшем будущем свет проникнет гораздо глубже в архитектуру компьютеров. Следующим шагом станет технология ко-пакетированной оптики, при которой оптическое волокно будет подводиться непосредственно к чипу, что кардинально снизит задержки и энергопотребление. Ведущие мировые производители, такие как NVIDIA, TSMC и Broadcom, уже активно инвестируют в разработку подобных гибридных систем, где электроника выполняет вычисления, а фотоника обеспечивает сверхбыстрый ввод и вывод данных. Ожидается, что к 2025 году на рынке появятся первые коммерческие решения на базе этой технологии, что станет переломным моментом для индустрии.
В более отдаленной перспективе эксперты прогнозируют появление полностью оптических процессоров, в которых вычисления будут производиться не электрическими транзисторами, а взаимодействием световых потоков. Такие устройства идеально подходят для матричных вычислений, лежащих в основе нейросетей, и могут быть на порядки быстрее и энергоэффективнее традиционных аналогов. Исследования в этой области ведут как крупные корпорации, так и стартапы по всему миру, включая европейские компании LightOn и Q.ANT, а также исследователей из Массачусетского технологического института, которые недавно продемонстрировали прототип полностью оптического чипа для глубокого обучения. Это открывает путь к созданию устойчивых и мощных вычислительных систем, способных поддерживать дальнейший рост ИИ без катастрофических последствий для экологии.
Для Европы развитие фотоники представляет собой не только технологический, но и стратегический вызов, поскольку континент обладает мощной научно-исследовательской базой и историческим лидерством в области оптических коммуникаций. Европейские университеты и институты накопили уникальные компетенции, а стартапы предлагают прорывные решения, однако рынок оборудования для дата-центров сегодня доминируется американскими и азиатскими игроками. Чтобы не остаться простым потребителем технологий и сохранить технологический суверенитет, Европе необходимо создать полноценную экосистему, объединяющую науку, производство и капитал. Это потребует значительных инвестиций в строительство фабрик и масштабирование производства, так как фотонная индустрия является чрезвычайно капиталоемкой.
Ситуация усугубляется тем, что трафик, генерируемый искусственным интеллектом, создаст колоссальную нагрузку на телекоммуникационные сети, что потребует их масштабной модернизации. По прогнозам Nokia, трафик, связанный с ИИ, будет расти со среднегодовым темпом в 24% и к 2033 году достигнет астрономических значений. Это открывает окно возможностей для европейских телекоммуникационных гигантов, таких как Ericsson и Nokia, которые могут использовать свои наработки для создания инфраструктуры нового поколения. Однако успех будет зависеть от способности европейского бизнеса и государственных структур действовать быстро и слаженно, превращая научные достижения в коммерчески успешные продукты глобального уровня.
