התקשורת האופטית – ובמיוחד סיליקון פוטוניקס צפויה להפוך לטכנולוגיה קריטית ולאפשר תקשורת מהירה עבור מרכזי נתונים מהדור הבא, במיוחד אלה המותאמים ליישומי HPC. עם דרישות רוחב פס הממשיכות לגדול כדי להתמודד עם צרכי מערכות התקשורת המהירות, העברת נתונים באמצעות חוטי נחושת בלבד לא תהיה מספקת. לשם כך, מספר חברות מפתחות פתרונות פוטוניקה של סיליקון, כולל ייצרניות כמו TSMC, שהציגו השבוע את מפת הדרכים של מנוע האופטי התלת-ממדי שלהם כחלק מסימפוזיון הטכנולוגיה הצפון אמריקאי של 2024, המתוכנן לספק עד 12.8 טרה-ביט לשנייה של תקשורת אופטית למעבדים שיוצרו ב-TSMC.

מנוע הפוטוניקה האוניברסלי הקומפקטי (COUPE) של TSMC מציב מעגל משולב אלקטרוני על מעגל משולב פוטוני (EIC-on-PIC) באמצעות טכנולוגיית האריזה SoIC-X של החברה. המצוקה מציינת כי שימוש ב-SoIC-X מאפשר את השיהוי ביותר בממשק בין D ל-D, ולכן את היעילות האנרגטית הגבוהה ביותר. ה-EIC עצמו מיוצר בטכנולוגיית תהליך 65 ננומטר.

דור הראשון של מנוע האופטי התלת-ממדי של TSMC (או COUPE) ישולב במכשיר OSFP הניתן לחיבור שפועל ב-1.6 טרה-ביט לשנייה. זהו קצב העברה הרבה מעל לתקני Ethernet הנוכחיים של נחושת – שעוצרים ב-800 ג'יגה-ביט לשנייה – ומדגיש את יתרון רוחב הפס המיידי של החיבורים האופטיים עבור צברי מחשוב מרושתים כבד, ומה גם את החיסכון הצפוי בחשמל.

מבט לעתיד, הדור השני של COUPE מעוצב להשתלבות באריזת CoWoS כאופטיקה מאוחדת בחבילה עם מתג, מאפשר חיבורים אופטיים לרמת הלוח האם. גרסה זו של COUPE תתמוך בקצבי העברת נתונים של עד 6.40 טרה-ביט לשנייה עם זמן תגובה מופחת ביחס לגרסה הראשונה.

האיטרציה השלישית של COUPE – COUPE הפועלת על מתווך CoWoS – צפויה לשפר דברים עוד יותר, ולהעלות את קצבי ההעברה ל-12.8 טרה-ביט לשנייה, תוך הבאת התקשורת האופטית קרוב יותר אל המעבד עצמו. כרגע, COUPE-on-CoWoS נמצאת בשלב המחקר הראשוני של הפיתוח ול-TSMC אין תאריך יעד נקוב.

בסופו של דבר, בניגוד לרבים מעמיתיה בתעשייה, TSMC לא השתתפה עד כה בשוק הפוטוניקה של סיליקון, והשאירה זאת לחברות כמו GlobalFoundries. אך עם אסטרטגיית מנוע האופטי התלת-ממדי שלה, החברה תכנס לשוק זה כשהיא מבקשת לפצות על הזמן שאיבדה.

הפוסט TSMC משקיעה בכניסה לשוק הסיליקון פוטוניקס הופיע לראשונה ב-Chiportal.

עם זאת, כאשר חוק מור מתקרב לקיצו וגודל המוליכים מגיע לשיא הצפיפות, תעשיית המוליכים למחצה מחפשת דרכים אחרות כדי לשפר את הביצועים – במיוחד כשההתקדמות ב-AI מניעה את הביקוש להגברת כוח המחשוב. אחת הטכנולוגיות המבטיחות ביותר בתחום היא סיליקון פוטוניקס. יש לה פוטנציאל להפחית את זמן ההשהיה תוך הגדלת יעילות הביצועים ע"י מתן אפשרות ייצור של רכיבים פוטונים על סיליקון תוך שימוש בתהליכי הייצור הסטנדרטים של מוליכים למחצה. כיום יש אנשים בתעשיה הסינית המאמינים כי זה מה שיכול לשנות את קווי המתאר בתחרות בין ארה"ב לסין על השליטה במוליכים למחצה מתקדמים.

האם ניתן לפרוץ את המצור הטכנולוגי?

טכנולוגית סיליקון פוטוניקס היא חידוש שאיפשר ייצור של רכיבים פוטוניים ישירות על סיליקון. פוטוניקה, להבדיל מאלקטרוניקה, עושה שימוש בפוטונים (רכיבי אור) ולא באלקטרונים כדי להעביר מידע. השילוב שלהם לצד האלקטרוניקה טומן בחובו הבטחה ליצור מערכות מחשוב בקנה מידה גדול עם רוחב פס גבוה יותר וביעילות אנרגטית משופרת החורגת מהמגבלות הפיזיות של שבבים אלקטרוניים מסורתיים.

בקרב אנשי תעשית הטכנולוגיה הסינית יש המאמינים כי לסיליקון פוטוניקס יש פוטנציאל לעזור לסין לשבור את המצור שהטיל העולם המערבי בהובלת ארה"ב על סין. צ'ן וונלינג, כלכלן בולט בצוות החשיבה הנתמך על ידי ממשלת סין זיהה בדיון שנערך במרץ 2023 את הסיליקון פוטוניקס כטכנולוגיה אשר תאפשר  לסין "לשנות נתיבים" ולעקוף את מגבלות המצור שהוטל עליה.

כיום, נערכת סין לבניית קווי ייצור של שבבים פוטוניים דבר שעשוי לסייע לה להיות בחזית העולם מבחינת שבבים פוטוניים. לשבבים פוטוניים יתרונות טכניים רבים. מהירות החישוב שלהם גבוהה יותר ויכולת העברת המידע שלהם גדולה יותר. יש הטוענים כי מדובר במהירות של פי 1,000 יותר מהשבבים הנוכחיים מבוססי סיליקון.

קוו ייצור השבבים הפוטוניים נבנה על ידי חברה סינית בשם  Sintone שמושבה בבייג'ינג. על פי הדיווח הסיני, נשיא סינטון ציין שלסין יש את היכולות לייצר שבבים פוטוניים באופן מקומי מכיוון שהייצור שלהם אינו מצריך מכונות ליתוגרפיה אולטרה סגולות קיצוניות – ציוד מתקדם לייצור מוליכים למחצה שסין אינה יכולה לרכוש בגלל בקרת יצוא בהובלת ארה"ב . עם זאת, מצבו של קו ייצור השבבים הפוטוניים עדיין לא ברור.

פוטוניקה זוכה לאזכור גם בתוכנית החומש ה-14 של סין אך חשוב להבהיר כי הפחתת ההסתמכות על טכנולוגיות זרות ומשאבים מיובאים, דורשת הקמת מספר מעבדות לאומיות עם התמקדות במידע קוונטי, פוטוניקה ואלקטרוניקה מיקרו וננו, תקשורת רשת ובינה מלאכותית.

האם אכן פוטונים יכולים להחליף אלקטרונים?

אך בניגוד למה שחושבים הסינים נראה ששבבים פוטוניים לא הולכים להחליף שבבים אלקטרוניים – לפחות לא בעתיד הקרוב. במקום זאת, הקשר בין פוטוניקה ואלקטרוניקה מובן טוב יותר כסימביוטי. עם זאת, נראה שחלק מההתפתחויות האחרונות מצביעות על כך שסיליקון פוטונקיס יכולה לאפשר  לסין לפחות נתיב חלקי לקצה המוביל של ייצור מוליכים למחצה שאינו דורש את הציוד המתקדם ביותר לייצור מוליכים למחצה (SME).

היישום המיידי ביותר של סיליקון פוטונקיס הוא בצורה של חיבורים אופטיים. כלומר, החלפת חיווט הנחושת במעגלים פוטוניקה כדי להאיץ את העברת המידע בין מעבדים ו/או זיכרון, הפחתת צווארי הבקבוק של הקלט/פלט העומדים כיום בלב מחשוב הבינה המלאכותית. כאשר העברת נתונים ולא עיבוד נתונים היא צוואר הבקבוק, שילוב של חיבורים אופטיים יכול להגביר את הביצועים של מערכת מחשוב מעבר לאלו של מערכת מבוססות רכיבים  אלקטרונים אך ללא חיבורים אופטיים.

נראה שזה מה ש-Lightelligence, חברת מחשוב אופטי הממוקמת בארה"ב אך ממומנת ע"י גורמים סינים, משיגה או מתיימרת להשיג, עם מאיץ הבינה המלאכותית שנחשף לאחרונה: Hummingbird. Hummingbird משתמשת בחיבורים אופטיים כדי לחבר שבבים אלקטרוניים שיוצרו על ידי חברת TSMCg בתהליך של 28 ננומטר (ננומטר) – רחוק מהקצה המוביל הנוכחי והרבה בתוך יכולות ייצור המוליכים למחצה המקומיים של סין. בכך, טוענים הסינים כי הם מצליחים להגיע למדדי ביצועים ויעילות אנרגטית העולים על אלו של מתחרים במשימות AI מסוימות.

יישום נוסף של סיליקון פוטונקיס הוא בתחום המתהווה יותר של מחשוב אופטי. במחשוב אופטי, מעבדים פוטוניים מבצעים חישובים באמצעות אור ולא אלקטרונים. למרות שסוגי החישובים שמעבדים פוטוניים אלה מסוגלים לבצע מוגבלים כיום, מחשוב אופטי מראה הבטחה מיוחדת לביצוע פעולות כפל מטריצה. סוג זה של חישוב מהווה במקרה יותר מ-90 אחוז מפעולות ההסקה ברשתות העצביות המהוות את הבסיס למודלים של שפות גדולות, ובינה מלאכותית יותר באופן כללי, המניעה כיום את ההתקדמות המרהיבה ביותר ב-AI כפי שמתגלמת במערכת הבינה המלאכותית הג'נרטיבית ChatGPT של OpenAI.

בשנת 2021, לפני שחרורו של Hummingbird, Lightelligence חשפה גם מערכת מחשוב אופטית בשם Photonic Arithmetic Computing Engine, או PACE. PACE מארז בשיתוף שבבים משולבים פוטוניים ואלקטרוניים כדי להשיג מהירויות עיבוד מפורסמות של פי 25-100 מהר יותר מה-GPU המוביל בתעשייה של NVIDIA ביישומים עתירי מחשוב מסוימים.

בהתבסס בין השאר על הצהרותיו של Shen, נראה שפריצות דרך במחשוב אופטי יכולות לאפשר בנייה של מערכת מחשוב המשתמשת במעבדים פוטוניים הנתמכים על ידי אלקטרוניקה ישנה, או לפחות לא המתקדמת ביותר, המבצעת גם משימות מסוימות הקשורות ל-AI. טוב יותר ממערכת אלקטרונית המשתמשת באלקטרוניקה המתקדמת ביותר. בעוד ש-Lightelligence אינה מפרטת את צמתי התהליך שבהם מייצרים את האלקטרוניקה של PACE, לפי הדיווחים Lightmatter משתמשת באלקטרוניקה של 12 ננומטר כדי לתמוך בפוטוניקה שלה, המיוצרת בתהליך של 90 ננומטר, וטוענת כי היא מצליחה להגיע לביצועי מחשוב מעולים במשימות מסוימות הקשורות לבינה מלאכותית בהשוואה ל-A100 של Nvidia, המשתמשת בתהליך של 7 ננומטר.

לאחרונה, דווח כי חוקרים מאוניברסיטת Tsinghua פיתחו שבב משולב פוטוני שלטענתם משיג ביצועים במהירות של פי 3,000 וחסכוניות באנרגיה פי 4 מ"יחידת עיבוד גרפיות מהשורה הראשונה" בחלקים מסוימים. משימות AI הקשורות לראייה ממוחשבת. השבב, המכונה שבב All-Annalogue המשלב אלקטרוניקה ואור, או"ACCEL", יוצר גם על ידי SMIC – יצרנית המוליכים למחצה המובילה בסין – תוך שימוש בתהליך CMOS של 180 ננומטר, שהוא תהליך ייצור ממוסד בן עשרות שנים.

לסיכום, בהנחה שטכנולוגית הסיליקון פוטוניקס תומכת ומאפשרת להגיע לביצועים גבוהים ותחרותים היא עשויה לשנות את מצב התחרות בין ארה"ב לסין על מוליכים למחצה ובינה מלאכותית. הסדרה האחרונה של בקרות יצוא בהובלת ארה"ב ביקשה לנתק את סין מה-SME המתקדם ביותר הדרוש לייצור שבבים לוגיים מתחת לתהליכים של 16-14 ננומטר, תוך מניעת ייבוא השבבים המתקדמים ביותר הדרושים כדי להכשיר ולתפעל את אלגוריתמי הבינה המלאכותית המתקדמים. יחד עם זאת, נראה כי ההתקדמות האחרונה בסיליקון פוטונקיס מעידה על כך שסין תוכל לייצר באופן מקומי, אפילו ללא ה-SME המתקדמות ביותר, מערכות מחשוב המתפקדות טוב יותר במשימות בינה מלאכותיות חשובות מאשר מקבילותיהן האלקטרוניות המלאות.

עם זאת, למרות הביצועים הטובים שלהם, אין להפריז ביכולות הנוכחיות של מעבדים פוטוניים, שכן היכולות שלהם נותרות ממוקדות בתחום צר. היישום המצומצם הזה עומד בניגוד לאופי התכליתי הכללי של עמיתיהם האלקטרוניים. בנוסף, עדיין קיימים מחסומים טכניים רבים לאימוץ נרחב של סיליקון פוטונקיס.  מיחשוב אופטי דורש גם פיתוחי תוכנה במערכות הפעלה ויישומים כדי לייעל את היכולות שלהם. ביחד, המציאות של מחשוב אופטי רחוקה אולי שנים, אם לא עשרות שנים. עם קצב ההתקדמות הנוכחי בתחום הבינה המלאכותית בו הגודל של מודלי שפות גדולות (LLM) מוכפל כל 3.5 חודשים – כל עיכוב יכול להיות קריטי. כמו כן, חברות מוליכים למחצה מובילות בארצות הברית, כמו גם חברות במדינות בעלות ברית ושותפות, מתחילות להקדיש משאבים רבים יותר לסיליקון פוטונקיס מה שמקטין את האפשרות לעליונות סינית בתחום.

הפוסט חשיבות טכנולוגית הסיליקון פוטוניקס במלחמת השבבים של המאה ה-21 הופיע לראשונה ב-Chiportal.

 Intel Labs מכריזה היום (27/6/2022) על התקדמות משמעותית במחקר הפוטוניקה המשולב שלה – סיליקון פוטוניקס, הנתפס כחזית הבאה בהגדלת רוחב הפס התקשורתי בין סיליקון מחשוב במרכזי נתונים וברשתות שונות.

הזירה של העברת נתונים בתוך מרכזי הנתונים במהירויות גבוהות היא תחרותית. אנבידיה מגבירה כל העת את עוצמת ה-GPU שלה ואת החיבוריות – את NVLink and NVSwitch וכן את טכנולוגית DIRECT שבה החלה לשלב גם תקשורת אופטית.

הפיתוח של אינטל שנחשף היום ואשר הוא עדיין בשלב מעבדתי לוקח כיוון מעט שונה – שילוב לייזר סיליקון פוטוניקס עד לרמת השבב  תוך אפשרות לייצרו על שבבים רגילים במקום בטכנולוגיות חיצוניות ושילוב במוצר הסופי. המחקר האחרון כולל את ההתקדמות בתעשייה באופטיקה משולבת באורכי גלים מרובים.  פריצת דרך זו תאפשר למקור האופטי את הביצועים הנדרשים עבור יישומים עתידיים בנפח גבוה, כגון אופטיקה ארוזה במשותף עבור  עומסי עבודה מתפתחים עתירי רשת, כולל AI ולמידת מכונה (ML) ותסלול את הדרך לייצור בנפח גבוה ולפריסה רחבה.

איתמר לוין, Intel Fellow  בקבוצת תכנון ופיתוח שבבים מסביר כי המחקר האחרון כולל את ההתקדמות באופטיקה משולבת באורכי גלים מרובים.

"סיליקון פוטוניקס היא אחת הטכנולוגיות המעניינות שיש בשוק בכל הקשור להעברת דאטה בענן ובמחשבי על. אנבידיה, אינטל ושחקניות גדולות אחרות מתחרות עליו. כולם רוצים למצוא את הפתרון הטכנולוגי שיביא לכך שהמהירות בה עוברים הנתונים תהיה במהירות האור, והאמצעי שבו מועבר המידע על גבי סיבים אופטיים הבנויים בעיקר מזכוכית בהרכבים שונים ובמבנה המאפשר את העברת האור בתוך הסיב עם איבוד מידע מינימאלי."

לדברי לוין, "אם מנסים להסתכל על התמונה הגדולה עולם התקשורת בדטה סנטרים  מתחלק לשתי הטכנולוגיות – באיזורים הנמוכים של הדטה סנטר קרוב למעבדים, לזכרון ולמאיצי ה-AI התקשורת היא בכבלים חשמליים בקצבים של עד 224 גיגהביט לשניה וכשהולכים ועולים לשכבות גבוהות יותר בדטה סנטר התקשורת הופכת ליותר ויותר אופטית.

אם נתבונן בדטה סנטר טיפוסי, יש את מסדי השרתים בתוך המסד נמצאות מגירות שבהן יש את השרתים שמחוברים אחד לשני ולמתג שבראש המסד בתקשורת אלקטרונית מבוססת אתרנט. אותו מתג שיושב בראש המסד מחובר למתגים דומים במסדים אחרים לשדרה בתקשורת אופטית וכל שדרה מחוברת להיררכיה של האולם גם היא תקשורת אופטית.

מדוע לא חילחלה האופטיקה למטה לתוך השרתים עצמם?

לוין: "יש לכך שלוש סיבות, הראשונה היא עלות. רוב מוצרי התקשורת האופטית שקיימים היום בדטה סנטר הם מוצרים מורכבים לא מייצרים אותם בטכנולוגית פיתוח CMOS על פיסת סיליקון אחת אלא רואים נרבה סיבים, לייזרים נפרדים והמון אלקטרוניקה. מוצר מורכב, גם התשתיות של הסיבים היו תשתיות יחסית יקרות וככל שאתה יורד לעומקו של הדטה סנטר ומתקרב למעבדים צריך הרבה קישורים. בשכבה הנמוכה זה יכול להגיע למיליוני קישורים פיזיים. הקשיים האלה עיכבו את ההתקרבות של תקשורת בעלת רוחב סרט גבוה יותר אל המעבדים.

הסיבה השניה היא שרשת האתרנט הוקמה לשימושים של תקשורת, אך היום היא הופכת להיות מרכיבי אינטגרלי בתהליך העיבוד של צבירי מעבדים. זה שימוש חדש. זיהוי צוואר הבקבוק הזה מאלץ את אינטל ויצרניות החומרה והארכיטטורה של הדטה סנטר לחשוב מחדש על פתרונות נטוורקינג.

"הסיבה השלישית היא ההספק. מדור לדור מרכזי הנתונים נדרשים ליותר הספק לדחיפת הנתונים משרת לשרת. לפי תחזיות האנליסטים יישום זה יגיע ל-20-30% מצריכת הדטה סנטר כולו בתוך חמש שנים וצריך גם לפזר את החום. צריך להשקיע יותר בDSP כדי לפתור את בעיית התקשורת והערוץ נעשה קצר יותר כי מתקרבים למגבלות הפיזיקליות של חוטי נחושת. גם הכבלים הופכים למגבלה –משקל הנחושת וכו'. ובדטה סנטר יכולים להיות עשרות אלפי מסדים כאלה".

המבנה הזה גרם לצוואר בקבוק שמפריע להמשך גדילת הדטה סנטרים והקיבולת שלהם.  כך למשל היא לא מתאימה ליישומי AI שבהם רוצים ליצור מקבצים של מעבדים (קלאסטרים) שפועלים ביחד וחולקים זכרון משותף – פה נדרשת העברה של המון נתונים בין המעבדים לבין עצמם ובינן לבין הזכרון."

|הסיליקון פוטוניקס יפתור את כל הבעיות הללו. סיליקון פוטוניקס היא טכנולוגית ייצור של מערכות תקשורת אופטיות באמצעים של תכנון שבבים וייצור שבבים. ההבטחה הגדולה היא שנוכל לייצר מערכות תקשורת אופטית בפאב מאוד דומה לזה שמייצרים שבבים של CMOS והדבר מאפשר לייצר במסות אדירות ומאפשרת לנו דרך הסקיילינג לרדת בעלויות".

"בנוסף תתאפשר רמה אחרת של אינטגרציה. אם קודם היית צריך לקחת רכיבים אופטיים, עדשות וכו' ולחבר לשבבים רמת האינטגרציה היתה מוגבלת. כשעוברים לסיליקון פוטוניקס החסם הוסר, אפשר לקחת את המקלט והמשדר האופטי ולשבץ כצ'יפלט ליד הCPU- ובעתיד אפילו לייצר את זה באותה פיסת סיליקון של המעבד. הטכנולוגיה פועלת בהספק נמוך ביותר והאינטגרציה הזו מאפשרת לנו להוריד את ההשהיה הקיימת בדטה סנטרים. הסרת החסמים שמאפשרת טכנלוגית סיליקון פוטוניקס תאפשר לעבד מידע בהיקפים של פי מאה ואף פי אלף לעומת המצב היום." מסביר לוין.

הפוסט אינטל מציגה: פריצת דרך בשילוב סיליקון פוטוניקס לרמת השבב הופיע לראשונה ב-Chiportal.

התחום קיבל תנופה משמעותית עם ההמצאה של הלייזר בתחילת שנות ה- 60. הלייזר מהווה מקור אור המייצר חזית גל קוהרנטית כלומר כיוונית ואחידה לאורך זמן ובצבע אור מוגדר וחד (מונוכרומטי). התנופה הגיעה בעיקבות זה שתאורת לייזר איפשרה לממש התמרת פוריה (Fourier  Transform) מרחבית תוך שימוש בעדשות ובקידום או במרחב חופשי. כוון שהתמרת פוריה מהווה פעולה מתמטית היושבת בבסיס החישוב של הרבה מאוד מערכי עיבוד אות, העתיד ניראה מאוד מבטיח. הכיוון הכי פופלרי היה המימוש של קורלטור אופטי בשם VanderLugt שהיה בנוי משתי עדשות המרוחקות זו מזו מרחק של סכום אורכי המוקד שלהן ושהוצע לראשונה ב- 1963. קורלציה הינה פעולה המשמשת בהשוואה ובזיהוי של אותות ועל כן התיקווה הייתה להשתמש בקורלטור זה לזיהוי פרצופים וצורות. בהמשך, בשנות ה-70 וה-80 הקורלטור וטרנספורמטור הפוריה האופטי השתכללו ומגוון רחב של מערכים מרחביים של עיבוד אות אופטי הוצעו כשכולם מבוססי אופטיקה לינארית של עדשות [1,2]. מערכים אלו יכלו לתת חישוביות אופטית המממשת כל טרנספורמציית תמונה לינארית (מבוססת על מכפלה של וקטורים ומטריצות). היתרון העיקרי של החישוב האופטי היה כמות החישוב הניתנת לעשיה בבת אחת. בגלל שהחישוב היה באופטיקה מרחבית, החישוב היה מקבילי ולא טורי כמו המעבדים האלקטרוניים של היום. לפיכך, חישוב הכולל ביצוע התמרת פוריה של מיליוני נקודות (פיקסלים) במקביל היה ניתן לעשות בזמן שלוקח לאור לעבור דרך מערכי העדשות של המעבד האופטי (בפחות ממיליארדית השנייה גם עבור מערכים בגודל של סנטימטרים רבים).

הבעיה המרכזית של מחשבים אופטיים אלו הייתה כפולה. ראשית, הם כאמור יכלו לממש רק פעולות חישוב המבוססות על כפל מטריצות ווקטורים ולכן לא היו מעבד גנרי (כלומר יכול לפתור כל סוג בעית חישוב שהוא) כמו שה CPU של המחשב הנייד שלנו כיום יכול להיות. ושנית, הבעיה היותר משמעותית הייתה הממשק של המעבד האופטי לעולם החיצוני והאלקטרוני. כדי להזין תמונות משתנות למעבד וכדי להחליף את המטריצה שבה תמונת הכניסה מוכפלת היה צורך במאפנני אור מרחביים. מאפננים אלו הקיימים במקרנים של היום עובדים בקצב וידאו לערך ולכן קצב הזנת המידע לתוך המעבד היה יחסית איטי אל מול קצב העיבוד של המעבדים הטוריים האלקטרוניים הקיימים כיום ואשר עובדים בקצבים של מיליארדי פעולות בשניה. כמו כן, המעבדים האופטיים המרחביים היו יחסית גדולים ומגושמים.

קפיצת מדרגה נוספת בעיבוד האופטי חלה בשנות ה-90 עם ההתפתחות של טכנולוגיות הייצור והזיווד של האופטיקה שאיפשרו לייצר את המעבד מבוסס העדשות של שבב אופטי קטן ומשולב (integrated), שהקטין משמעותית את גודלו והפך אותו דומה יותר בצורתו למעבד החשמלי. ההתפתחות של תחום ה Silicon Photonics איפשרה בשנות ה-2000 לשלב את המעבד האופטי בשבבי הסיליקון מה שפתר שתי בעיות בו זמנית. ראשית, המעבד האופטי כבר לא נידרש להיות גנרי כי הוא עבד באותו השבב בו מומש גם המעבד האלקטרוני ולכן מטרתו של המעבד האופטי היתה מעתה רק לפתור צווארי בקבוק בפעולות עיבוד מסוימות וקשות במיוחד. שנית, פיתוח המאפננים האופטיים בסיליקון איפשר הזרקת מידע מאוד מהירה ושיפור הממשק הקיים בין האופטיקה לאלקטרוניקה.

קפיצה נוספת ביכולות המעבד הפוטוני קרתה בעשור האחרון עם ההתפתחות של תחום החישוב בעזרת רשתות ניורונליות. רשתות אלו המדמות את מבנה המח האנושי מאפשרות לבנות מעבד הבנוי מסכימה בין מספר ערוצי מידע הממושקלים במשקלים הניתנים לשינוי ואז הסכום מועבר דרך פונקציית החלטה לא לינארית כדוגמת פונקציית סף. מבנה מתמטי כזה של מעבד מאפשרת גמישות חישובית רבה שכן הוא מאפשר את האימון שלו בקביעת המשקולות ולאחר האימון המעבד יכול להיות מופעל לפתרון בעיות שעל בסיסן הוא אומן. היתרון הוא שמבנה כזה של מעבד הוא מצד אחד גנרי מספיק ומצד שני יכול להיות ממומש בארכיטקטורה מזוודת וקומפקטית. לדוגמא תוך שימוש בסיבים מרובי ליבות שיאפשרו את אותה סכימה ממושקלת של ערוצי מידע [3].

דחף משמעותי של הבשלה הנדסית הגיע מתחום התקשורת האופטית שכבר כיום כוללת מאפנני אור מהירים מאוד העובדים בקצבים של עשרות מיליארדי ביטים בשניה והיכולים להתחבר לסיבים אופטיים (כמו בתקשרות אופטית). כלומר ממשק בין מאפנני אור מבוססי סיבים הבאים מתחום התקשורת אופטית לבין סיבים מרובי ליבות יכול לממש רשת חישוב ניורונלית מהירה מאוד. כמובן שהבשלת תחום הייצור של הסיבים האופטיים בשנים האחרונות הכוללת יכולת ייצור של סיבים מרובי ליבות סיב המכונים סיבי גבישים פוטוניים Photonic Crystal Fibers (PCF) , עזרה מאוד לבניית קונפיגורציות עיבוד מסוג זה.

בקונפיגורציה שכזו פונקציות המשקול המשתנות בתהליך הלימוד והאימון של הרשת יכולות להיות ממומשות ע"י ליבות סיב שעברו סימון בחומר כמו ארביום  (Erbium) המאפשר לשלוט בקבוע ההגבר של האור שנושא את המידע ואשר עובר דרך הליבה הנתונה, בעזרת פקודת אור אחרת  הניתנת באורך גל אחר. מימושים מסוג כזה בהם נוצר חישוב אופטי גנרי ומתכוונן בקצבים גבוהים מאוד עם יכולת מימשוק מצוינת לעולם החיצוני והאלקטרוני, תוך שימוש בהבשלה הטכנולוגית שקרתה בתחום התקשורת האופטית, הוא מבטיח מאוד ומצייר עתיד וורוד לדיסיפלינה של עיבוד מידע אופטי.

השימוש באור מאפשר גם הכנסת בטיחות מידע ברמה של הפוטון מה שניקרא Physical Layer Encryption במודל רשת התקשורת [4], מה שמגדיל את האטרקטיביות של כוון זה אף יותר לאור החשיבות הגבוהה לבטיחות מידע בחומרה ובתוכנה. השיפורים העתידיים בתחום זה ימשיכו לקרות תוך פיתוח רכיבי עיבוד היברידיים המשלבים פעולות עיבוד אופטיות יחד עם אלקטרוניות תוך שימוש בפוטוניקת סיליקון יחד עם סיבים אופטיים מיוחדים ותוך מתן מענה לא רק לקצבי עבודה גבוהים אלא להורדה משמעותית של צריכת הספק, מרכיב שהופך מרכזי יותר ויותר בהקשרים של נושא הקיימות וההתחממות הגלובלית. שילוב עתידי של צורות עיבוד המבוססות של חישוב קוונטי אופטי ניבדקות כבר היום באקדמיות השונות בעולם ויכולות להוות קפיצת מדרגה נוספת ביכולות החישוביות שייושם לפחות לסוג בעיות חישוב הדורשות קישוריות גבוהה בין מרכיבי הרשת החישובית.

המאמר נכתב ע"י פרופ' זאב זלבסקי, הפקולטה להנדסה, אוניברסיטת בר-אילן

מקורות:

1. D. Mendlovic, Z. Zalevsky, G. Shabtay and U. Levy, “Fourier Data Processing in Optics,” Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering, Ed. J. G. Webster, John Wiley and Sons (Sep. 2003).
2. Z. Zalevsky, D. Mendlovic and G. Shabtay, “Transformations in optics: Novel perspectives, approaches, applications and implementations,” J. of Opt. & Quant. Elect. 34, 1175-1181 (2002).
3. E. Cohen, D. Malka, A. Shemer, A. Shahmoon, Z. Zalevsky and M. London, “Neural networks within multi-core optic fibers,” Sci. Rep. 6, 29080, Nature Publishing Group (2016).
4. E. Wohlgemuth, Y. Yoffe, T. Yeminy, Z. Zalevsky and D. Sadot, “Demonstration of Coherent Stealthy and Encrypted Transmission for Data Center Interconnection,” Opt. Exp. 26, 7638-7645 (2018).

הפוסט עיבוד מידע אופטי: עבר הווה ועתיד הופיע לראשונה ב-Chiportal.

אולם כיום כאשר אנו מתקרבים במהירות לגבול הפיזי של מזעור שבבים, החסרונות של חוטי נחושת הופכים למשמעותים מאד. רוחב פס מוגבל, זליגת זרם והשראות בין חוטים סמוכים יוצרים צווארי בקבוק עבור מוצרי המחשוב החדשנים. בקרב המתכננים קיימים גם חששות מוצדקים מהשטח שתופסים חוטי נחושת, מהזרם שהם צורכים ומהחום שהם פולטים.

פתרון אפשרי לבעיות הללו יכול היה להיות בטכנולוגיות מבוססות אור, כמו כבלי סיבים אופטיים, המשתמשים בפוטונים כדי להעביר נתונים במהירות וברוחב פס גבוהים בהרבה. אך העלות הגבוהה הכרוכה בהחלפת חיווט חשמלי במעגלים משולבים בפוטוניקה מתקדמת הוכחה כמחסום למסחור. לכן נדרש פתרון שיאפשר שימוש בטכנולוגיית פוטוניקה תוך התבססות על שיטות ייצור קיימות בנפח גבוה ובעלות נמוכה.

היתרון הגדול בטכנולוגית סיליקון פוטוניקס. הוא בעובדה שניתן לייצר אותו בדיוק כמו שבבי מחשב רגילים אבל עם תכנון המאפשר להעביר אותות לייזר נושאי נתונים. סיליקון פוטוניקס מסוגל לשאת יותר נתונים תוך צריכת פחות זרם ובלי פליטת חום או גרימה לפגיעה כלשהי באות.

התאמה לא מושלמת

למרות שטכנולוגית סיליקון פוטוניקס נראית על הנייר כפתרון מושלם, במשך יותר מ-30 שנה נאבקו מדענים להתגבר על חסרונותיה השונים. בעוד שסיליקון אטום בספקטרום הנראה, הוא שקוף באורכי גל אינפרא אדום המשמשים בשידור אופטי, ולכן הוא טוב בהנחיית אור אך לוקה בפליטת אור. לארס פרנדסן מומחה סיליקון פוטוניקס מהאוניברסיטה הטכנית של דנמרק (DTU) מסביר: "רוחב הפס האלקטרוני של הסיליקון הופך אותו לשקוף בטווח אורכי הגל של התקשורת, אבל זהו רוחב פס בלתי ישיר, מה שגורם לו להיות דל מאוד בפלט". זו הסיבה שהלייזרים המניעים תקשורת אופטית עשויים מחומרים אקזוטיים יותר כמו אינדיום-פוספיד (InP) וגליום-ארסניד (GaAs).

מחסום נוסף מגיע כאשר, אם אתה מצליח לגרום לסיליקון לפלוט אות אור, אתה מערבב אותו עם אותות אחרים כדי לבצע חישוב. למרבה הצער, הסיליקון גם רע מאוד במשימה זו. "סיליקון סובל מאובדני אות גדולים בהספקים גבוהים, כלומר היכן שפוטונים רבים נמצאים במוליך גל הסיליקון".

סיליקון פוטוניקס של היום

למרות החסרונות הללו, כמה התקני סיליקון פוטוניקס יצאו לשוק. חברת Luxtera מקליפורניה גברה על מתחרותיה כשהחלה לשווק את מוצרי התקשורת האופטיים שלה בשנת 2008. הפתרון שלה התבסס על שבבי סיליקון זעירים עם לייזרים InP)) מובנים ומובילי גל סיליקון שיכלו להעביר נתונים במהירות של עד  Gbps 100 בין מחשבים באמצעות סיבים אופטיים בעובי של כמה מילימטרים בלבד".

"מפעילי מרכזי נתונים עובדים בקדחתנות כדי לספק את רוחב הפס של הרשת כדי לתמוך בביקוש הבלתי יודע שובע של העולם לנתונים", הסביר רון הורן מלוקסטרה. "לוקסטרה סיפקה כבר יותר ממיליון מקלטי משדר אופטיים, כולל פתרונות של  Gbps 100 בנפח גבוה מאוד."

ענקית הטכנולוגיה אינטל השיקה את הטכנולוגיה שלה בשנת 2016. גם IBM, סיסקו ואחרות עובדות על טכנולוגיה דומה, ואין ספק שחיבורים אופטיים יגרמו לטכנולוגיית הסיליקון פוטוניקס להשפיעה על ביצועיהם של מתגי תקשורת מהירים.

עם זאת, חיבורים אופטיים למתגי תקשורת הם רק ההתחלה. טכנולוגית הסיליקון פוטוניקס תתקדם ותחדור ליותר ויותר מחשבים ככל שהטכנולוגיה תתבגר ותאפשר למחשבי-על להגיע למהירות גבוהה יותר (1018 חישובים לשנייה) סביב כוח העיבוד של המוח האנושי ברמה העצבית. בשנת 2015, תיארו חוקרים אמריקאים במאמר שפורסם בירחון Nature כיצד הצליחו להדגים את המעבד ההיברידי הפוטוני-אלקטרוני הראשון שמשתמש באור לתקשורת מהירה במיוחד. המעבד כלל אריזה בעלת  שתי ליבות מעבד עם יותר מ-70 מיליון טרנזיסטורים ו-850 רכיבים פוטוניים על גבי שבב בגודל x 6 3 מ"מ, הוא היה הראשון לשלב חיבורים פוטוניים, או כניסות ויציאות (I/O) הנדרשות כדי לדבר עם שבבים אחרים. באופן מדהים, לשבב היתה צפיפות רוחב פס של  Gbps 300 ל-2 mm, שיפור של פי 10 עד 50 במיקרו-מעבדים אלקטרוניים בלבד.

יחד עם זאת, ההישג היה כרוך במגבלה משמעותית. הצוות היה צריך להשתמש באור לייזר שנוצר חיצונית כדי להאיר את השבב. עדיין נדרשה התקדמות משמעותית בפיתוח ושילוב לייזרים על-שבב לפני המסחור. עד לאחרונה ניתן היה לחבר מקורות אור לייזר לסיליקון רק בתהליכי ייצור מסובכים ומשוכללים. אבל לאחרונה גרגור קובלמולר וג'ונתן פינלי פיזיקאים מהאוניברסיטה הטכנית של מינכן עשו פריצת דרך משמעותית, ופיתחו תהליך להפקדת ננולייזרים ישירות על שבבי סיליקון. הצוות אייד שכבה דקה של תחמוצת סיליקון על פרוסת הסיליקון, ואז חרט בה חורים זעירים. לאחר מכן, הם גידלו ננו-חוטי GaAs עצמאיים מתוך החורים הללו. התוצאה! ננו-חוטי לייזר דקים פי 1,000 משערת אדם. אומר קובלמולר: "הגישה שלנו היא חדשנית ומציגה אינטגרציה סלקטיבית של ננולייזרים על פלטפורמת סיליקון."

יתרונות בריאותיים

מרכזי עיבוד נתונים ותעשיית ה-IT לא יהיו המרוויחים היחידים מסיליקון פוטוניקס. CARDIS (איתור מחלות לב וכלי דם בשלב מוקדם בעזרת טכנולוגיה המשלבת סיליקון פוטוניקס) הוא פרויקט של האיחוד האירופי הבוחן את השימוש בסיליקון פוטוניקס לזיהוי אנשים בסיכון למחלות לב וכלי דם. המטרה היא לבנות מכשיר נייד בעלות נמוכה הדומה לסורק סופרמרקט ידני, המסוגל להעריך את הסימנים החיוניים של הלב בלחיצת כפתור אחת. הפרויקט מתבסס על מדידות רטט ויברומטר לייזר משולב של סיליקון פוטוניקס מרובה אלומות ללא מגע במשטח כדי למקד ולהעריך בקלות עורקים שטחיים. "שבב אלקטרוני לא יכול לעשות את העבודה מכיוון שהוא אינו מאפשר זיהוי ללא מגע של תנועת עור ברמת ננומטר", מסביר מתאם הפרויקט רואל באטס מאוניברסיטת גנט. "השבב המשולב של סיליקון פוטוניקס מכיל את כל הפונקציונליות האופטית של מד רטט דופלר לייזר.באטס צופה שימוש בטכנולגיה במספר יישומים נוספים בתחום הרפואה כמו למשל ביצוע סקר וניטור גלוקוז רציף לחולי סוכרת, חישת יונים בזיעה וניתוח נשימה. כל היישומים הללו מסתכמים בשילוב חיישני סיליקון פוטוניקס, ולכן ניתן להנדס מכשירים רבים אחרים, כמו חיישני Lidar המשמשים כלי רכב אוטונומיים או חישה כימית לניטור סביבתי. "האינטרנט של הדברים ידרוש מיליארדי חיישנים מבוזרים בכל מקום בחברה שלנו. סיליקון פוטוניקס תהיה מועמדת חזקה לאפשר זאת". מוסיף פרנדסן.

לסיכום ניתן לומר כי סיליקון פוטוניקס צפויה לגרום לשינוי משמעותי במגוון ישומים כולל מחשבי-על, מרכזי שרתים, ישומי IOT וחיישנים לאבחון מחלות, ניטור הסביבה או אפילו לזיהוי חומרי נפץ.

כנס ChipEx2022 יקדיש השנה מסלול הרצאות להצגת הטכנולוגיות החדישות ביותר לתחום הסיליקון פוטוניקס.

הפוסט האם טכנולוגית הסיליקון פוטוניקס עברה את בחינות הבגרות? הופיע לראשונה ב-Chiportal.

פלטפורמת פוטוניקת הסיליקון 400G DR4 הממוטבת לעננים האחרונה של מארוול טכנולוגיות, המיועדת לתת מענה לביקושים הגדלים לרוחב פס וליישומים ברמה גבוהה המסתמכים על בינה מלאכותית ולמידת מכונה, מוכנה לייצור.

החברה אומרת שהמשדר/ מקלט שלה יכול לספק עלויות נמוכות יותר לביט וגם להאיץ את זמן ההגעה לשוק הודות לפוטוניקת הסיליקון.

"מה שהסיליקון מאפשר לעשות הוא לנצל את הכלים הקיימים בתעשיית השבבים הסטנדרטית, כך שאנו יכולים לייצר את הדברים האלה מתוך פרוסות של 200 מ"מ, וזה נותן גודל, שהוא חשוב", אמר רדה נגרג'ן, סגן נשיא בכיר וסמנכ"ל טכנולוגיות של קבוצת החיבוריות האופטית ונחושת במארוול. "שנית, זה נותן מהירות. אפשר לבנות גלאי אור ומאפננים במהירויות גבוהות יותר ממה שאפשר לעשות עם לייזרים עצמאיים. וזה גם נותן מסלול לעלויות כוללות נמוכות יותר, אבל זה תלוי בביצועים. העלות יחסית לגמרי לביצועים".

פלטפורמת פוטוניקת הסיליקון 400G DR4 של מארוול מציעה ארבעה מאפנני שידור מאך-זנדר עם הפסד נמוך וגם ארבע דיודות אור קולטות מהירות תגובה. בנוסף לכך, יש למוצר ארבעה מגברי טרנס עכבה (TIAs), מעגל משולב אנלוגי לבקרה ואת ה-PAM4 DSP 7-nm עם צריכת חשמל נמוכה Porrima של החברה עם לייזר דרייב 56 Gbaud משולב — ומארוול טוענת שכל אלה יכולים לעזור ללקוחות להגדיל מרכזי ענני נתונים מעבר לאמצעים הנוכחיים.

"בחיבורים האופטיים המסורתיים יש רק לייזר ומאפננים את הלייזר הזה. לחיבורים האופטיים המסורתיים האלה נגמר הכוח בקצבי נתונים מסוימים. כשעולים לקצבי נתונים יותר ויותר גבוהים, צריך מאפנן מסוג שונה", אמר נגרג'ן. "מה שקורה בדרך כלל הוא שיש מאפנן חיצוני. כדי להפעיל את המאפנן צריך דרייבר, ובצד של המקלט יש גלאי אור. המעגל המשולב של פוטוניקת הסיליקון משלב את המאפנן והגלאי, והחלק האחורי שלו לדרייבר ומגבר טרנס עכבה".

המפתח כאן הוא לפתח את המאפנן בתוך הסיליקון, לא מעליו. "פיתחנו מאפננים בסיליקון, החלק הזה קל. המאפנן הוא סיליקון, גם הגלאי הוא סיליקון. אנחנו לא מנסים לשלב אותו על פני סיליקון. הם מונוליטיים", אמר נגרג'ן.

הפוסט מארוול מייעדת פלטפורמת פוטוניקת סיליקון למרכזי נתונים הופיע לראשונה ב-Chiportal.

הזנק המחשבים האופטיים לייטלינג'ס הדגים מאיץ סיליקון פוטוני שפותר את בעיית איזינג פי יותר ממאה מהר יותר מאשר מערך טיפוסי של מעבדים גרפיים . מנוע החישוב האריתמטי הפוטוני של לייטלינג'ס, שנקרא Pace, הוא מערכת חישוב אופטית משולבת שכוללת כ-12,000 התקנים פוטוניים הפועלים ב-1 GHz. זאת האצה של בערך פי מיליון לעומת אב הטיפוס עם מאה התקנים של לייטלינג'ס, Comet, שנחשף ב-2019. ההדגמה האחרונה היא גם הפעם הראשונה שלייטלינג'ס הראתה מקרי שימוש מעבר להאצת בינה מלאכותית בחומרה שלה.

המנכ"ל ייצ'ן שן אמר שלייטלינג'ס החליטה להדגים האצת בעיות שלמות NP כי היא מראה את היתרונות של המחשוב האופטי.

"העיקר של מנוע החישוב האופטי הוא שהוא יכול לסיים הכפלת מטריצות בפרק זמן קצר בהרבה מאשר מעבד גרפי", טען שן. מעבד גרפי יכול להצטרך למאות מחזורי שעון כדי להשלים הכפלת מטריצות של 64 על 64. לייטלינג'ס טוענת שהיא יכולה לעשות זאת בפחות מעשרה, או בערך 5 nsec. "בבעיות שלמות NP מבצעים הכפלת מטריצות איטרטיבית הרבה מאוד פעמים, וזה מגדיל את היתרון שלנו. עם הטכנולוגיה החדשה, רצינו למצוא בעיה שמראה את העליונות הפוטונית הטובה ביותר".

טיבם האיטרטיבי של אלגוריתמי שלמות NP משמעו שכל הכפלה של מטריצות תלויה בתוצאה הקודמת. זה עוזר לצמצם צווארי בקבוק שנגרמים על ידי החלקים האלקטרוניים של המערכת. לכן נתונים לא צריכים לנוע הלוך ושוב אל הזיכרון וממנו בין הכפלות.

"במקרי שימוש מסחריים גדולים, המשמעות של אלקטרוניקה דיגיטלית וקריאה וכתיבה לזיכרון היא בהחלט שכל מערכת החישוב מתעכבת", אמר שן. "אנחנו חושבים שלמרות העיכוב הזה, עדיין נוכל להדגים יתרון טוב מספיק בהמשך… אולי לא גדול כמו פי 100, אבל לפחות פי כמה פעמים [מהר יותר]".

לייטלינג'ס גם עובדת על טכנולוגיות פוטוניות לשידור נתונים וחיבורים בין נתונים כדי להפחית את צוואר הבקבוק.

כשנשאל האם לייטלינג'ס תפעל באופן מסחרי בתחום של האצת בעיות שלמות NP, שן ענה: "עם החומרה הזאת אנחנו יכולים לנסות להיכנס לשוק הזה, אבל הטכנולוגיה תשמש במוצרים שלנו… שיפנו לשוק רחב יותר, כולל האצת בינה מלאכותית".

הפוסט שבב אופטי פותר את בעיות המתמטיקה הכי קשות מהר יותר ממעבדים גרפיים הופיע לראשונה ב-Chiportal.

טרמאונט (Teramount), סטארטאפ ירושלמי הפועל בתחום הסיבים האופטיים והסיליקון פוטוניקס (Silicon Photonics), ושידיעה עליו פרסמנו כבר בשנת 2014 , הודיע היום (שלישי) על השלמת סבב גיוס של 8 מיליון דולר בהובלת Grove Ventures (גרוב ונצ'רס) ובהשתתפות Amelia Investments, דדי פרלמוטר, לשעבר סגן נשיא בכיר באינטל העולמית המשמש גם כיו״ר הדירקטוריון של החברה ומשקיעים פרטיים נוספים.
המוצר העיקרי של החברה מכונה פוטוניק פלאג, ותפקידו לפשט את הממשק בין הסיבים האופטיים ושבבי הסיליקון.

החברה נרשמה ב-2013, אך החלה מעשית את פעילותה ב-2015 על ידי ד״ר הישאם טאהא, מנכ״ל החברה, וד״ר אבי ישראל, סמנכ״ל הטכנולוגיות, שהקימו אותה במטרה לאפשר חיבוריות אופטית להעברת מידע במהירויות גבוהות עבור חוות שרתים (Data Centers) ותשתיות תקשורת של הדור הבא. סבב הגיוס ישמש למעבר לייצוריות ויאפשר לחברה להכפיל את מצבת העובדים שלה עד סיום השנה. החברה כבר החלה בגיוסי מפתח למגוון תפקידים ובהם מהנדסי חומרה.
הפתרון שפיתחה טרמאונט, אותו עיגנה בפטנטים מאושרים, מציג שיפור של פי 100 בטולרנטיות (Tolerance) של חיבור הסיבים האופטיים לשבבי סיליקון פוטוניקס ביחס לטכנולוגיות קיימות בשוק וכן מאפשר אינטגרציה של כמות מוגדלת של עשרות סיבים אופטיים עם שבבי הסיליקון פוטוניקס (לעומת חיבור של סיבים אחדים כיום). בנוסף, הטכנולוגיה תאפשר גידול משמעותי בהיקף הטמעת שבבי הסיליקון פוטוניקס על ידי סטנדרטיזציה של תהליך האריזה וזאת בדומה לתהליך הקיים כיום בתחום המוליכים למחצה (Semiconductors).

"תחום הסיליקון פוטוניקס הגיע לבשלות. עד כה היה צוואר בקבוק. תעבורת התקשורת אל מרכז הנתונים וממנו נעשית באמצעות סיבים אופטיים, והעיבוד נעשה בשבבי סיליקון. הקישור ביניהם נעשה בצורה שמאטת את קצב העברת הנתונים, מכיוון שאי אפשר לחבר יותר מאשר כמה סיבים לשבבים שמפתחות היום החברות הגדולות כגון סיסקו ואינטל עבור מרכזי נתונים."

"כבר כמה שנים יש בעיה רצינית שלא יודעים לקחת את האור פנימה והחוצה מהמעבדים, הופכים את האופטיקה לביטים הלוך וחזור. המערכת שפיתחנו מהווה את החיבור בין העולם החיצוני של הסיבים האופטיים לבין השבבים הסטנדרטיים."

לדבריו, לא ירחק היום והתעבורה בין שבבים שכנים בתוך השרתים במרכז הנתונים תהיה באמצעות קישור אופטי, כך שהם יוכלו להתקשר ביניהם במהירות האור, תוך הקטנת צריכת האנרגיה שהיא גורם הוצאות מרכזי בתפעול מרכזי נתונים.

לדברי טאהא בהמשך הכוונה היא ליישם את הטכנולוגיה גם בתחום הרכב ("מכונית היא דטה סנטר על ארבעה גלגלים)" ברשתות 5G מתקדמות, מערכות חישה מתקדמים, תחבורה חכמה, מחשוב ענן כבד, מכונות מבוססות AI ועוד.

הכפלת מספר העובדים

לדבריו, ההשקעה של גרוב ונצ'רס תאפשר לטרמאונט להאיץ את הפיתוח ולהכפיל את צוות החברה. ״ההשקעה הנוכחית בחברה מעידה כי תעשיית המוליכים למחצה מזהה את ההבטחה הגדולה הטמונה בטכנולוגיית הפוטוניק-פלאג שפיתחנו ומאמינה ב מימוש הפוטנציאל האדיר הטמון בסיליקון פוטוניקס ובהטמעת הטכנולוגיה בעולמות ה-AI, ה-5G ועוד״, אומר הישאם טאהא, מנכ״ל טרמאונט. ״כעת, לאחר התוצאות המצוינות שהצגנו ובתמיכת ההון שגויס, עלינו לממש את קפיצת המדרגה הטכנולוגית גם בייצור ולהשיג דריסת רגל משמעותית בשוק״.

"הלקוחות שלנו הן חברות הענק הטכנולוגיות, ולכן חיפשנו למועצת המנהלים דמויות בעלות נסיון בחברות כאלה, כי צריך לדעת כיצד לעבוד מולם, ובראשם כמובן דדי פרלמוטר וליאור הנדלסמן." הוסיף טאהא.

״הצורך הבלתי-נגמר ברוחב פס גבוה במרכזי הנתונים (Data Centers), מעודד את המעבר לחיבוריות אופטית, כאשר שיקולי צריכת הספק והתחממות מצריכים אינטגרציה של אופטיקה ישירות לסוויצ׳ים מסיליקון״, אומר ליאור הנדלסמן, שותף בכיר ב-Grove Ventures, שהובילה את ההשקעה בחברה. ״אנחנו סבורים שהיעדר פתרון אמין המאפשר חיבור מאות סיבים לשבב סוויץ׳ במרכזי נתונים במחיר משתלם, היה עד כה הגורם המשמעותי ביותר שמנע אימוץ נרחב של מוצרי סוויץ׳ מבוססי סיליקון פוטוניקס. טכנולוגיית הפוטוניק-פלאג של טראמאונט עונה בדיוק על הצורך הנדרש ופותרת את הבעיה״.

לימודים בחללים מאולתרים

טאהא ואבי ישראל למדו ביחד באוניברסיטה העברית, ועבדו בחברות נפרדות, כאשר טאהא רכש בינתיים נסיון בינלאומי, ולאחר כמה שנים של בישול הרעיון, החברה החלה לפעול ב-2016. כיום היא מונה שבעה עובדים ויושבת במתחם ההייטק בקמפוס האוניברסיטה העברית, אך אין קשר בין הטכנולוגיה שפיתחו לבין האוניברסיטה העברית, הם גם שילמו לדבריו על השימוש בחדר הנקי של האוניברסיטה.

בשנות השבעים מצב התשתיות בכפרים הערבים היה גרוע ביותר. אבל אצל טאהא האוניברסיטה היתה חוויה מתקנת. הוא נולד וגדל בכפר בועינה שבבקעת בית נטופה בגליל. באותן שנים היה בכפר רק בית ספר יסודי אחד, שהמבנה שלו הספיק רק למחצית התלמידים. "כך קרה שעד כיתה ח' למדנו בכל מיני חללים בכפר, לפעמים היינו צריכים להחליף מקום כי לבעל הבניין נדרשה חנייה נוספת, פעם הם נאלצו להזעיק עזרה דרך הרמקולים במסגד המקומי כאשר המים הציפו את המרתף בו למדו. במקרים רבים, התלמידים התפזרו בחללים רבים, כמעט בלי תקשורת ביניהם."

"אני למדתי במחזור הראשון שסיים תיכון בכפר, עד אז התלמידים למדו מחוץ לכפר. בתיכון היה מורה טוב לפיזיקה – לפעמים מורה טוב מושך לכיוון שלו. אחר כך, לאחר תקופה של עבודות שונות, התקבלתי לאוניברסיטה העברית והמשכתי בפיזיקה. החברים בכפר לעגו לי: "מה תעשה עם פיזיקה? תלך לעבוד בכור בדימונה? הרי ממילא תחזור לכפר ותהיה מורה."

עם תחילת הלימודים הבנתי שזה תחום מאוד מעניין שאני יכול לגדול בתוכו ולעשות דברים גדולים. בחברה שעבדתי בה קודם לכן, יצא לי לפגוש כמעטי כל קבוצת מחקר שעוסקת בתחום הפוטוניקה. הייתי נוסע המון, מיפן במזרח ועד לקליפורניה במערב. למדתי איך עובדים בחברה בינלאומית, וכשאני ואבי הקמנו את החברה יכולנו להשתמש בידע שצברתי גם בתחום הניהולי."

הפוסט "בקרוב הקשר בין שבבים שכנים במרכז הנתונים יהיה אופטי" כך אומר בראיון אישי מנכ”ל חברת השבבים הצעירה טרמאונט הופיע לראשונה ב-Chiportal.