Российский фотонный суперкомпьютер сделают уже к концу этого десятилетия?

Тема российского фотонного суперкомпьютера уже всплывала в 2017-м году, когда его концепция была запатентована Всероссийским НИИ экспериментальной физики (ВНИИЭФ) — патент РФ № 2639698 на изобретение фотонной вычислительной машины.

В этой работе предложена структура и принципы реализации фотонно-вычислительной машины, которая основана на дисциплине вычисления по готовности операндов (spatial dataflow-архитектура, не фон Неймановская), применение бесконфликтных алгоритмов обмена и пассивных оптических логических элементов. Классы задач предложенной фотонной вычислительной машины совпадают с задачами для на электронных вычислительных машин.

До сей поры я не уделял этому проекту особенного внимания. Ну патент и патент. Теоретическая работа, коих тысячи. Но вот этим летом в Сарове в присутствии Михаила Мишустина об этом проекте рассказали, как об одном из флагманских проектов Национального центра физики и математики (организованного в 2022 году для решения ряда конкретных задач), который он тогда посещал. А это означает, что проекту хотят дать реальный ход.

Идея строительства фотонного суперкомпьютера принадлежит доктору физико-математических наук, главному научному сотруднику Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики Сергею Степаненко.

Напомню, что Сергей Степаненко — главный конструктор созданных во ВНИИЭФ первых отечественных мультипроцессорных систем, которые имели рекордные значения производительности в стране и не уступали лучшим зарубежным аналогам. Их применение позволило решать задачи, ранее недоступные для математических расчетов.

Итак, разрабатываемая фотонная машина согласно расчётам должна иметь быстродействие >10²¹ операций в секунду (1 000 000 000 000 000 000 000) при том, что сегодня мировой рекорд быстродействия составляет 10¹⁸ операций в секунду. Таким образом, машина имеет шанс обогнать в 1000 раз сегодняшнего рекордсмена — суперкомпьютер Frontier из Ок-Риджской национальной лаборатории, США.

В качестве элементной базы Сергей Степаненко предлагает использовать пассивные оптические логические элементы, основанные на явлении интерференции. Такие элементы при своей работе управляют интерференционными волнами — сущностями, не имеющими массы. При этом скорости выполнения операций вырастают с нынешних гигагерц до терагерц.

Конструкции таких интерференционных элементов могут быть разные. Например, в 1991 году на одну из таких конструкций была подана заявка на патент РФ (№ 2075106) от имени Антона Олеговича Полуэктова. Патент почему-то был опубликован только в 1997 году. Но эта конструкция, как и две других существующих на сегодня конструкций, но уже иностранного происхождения, по мнению Степаненко, имеет свои недостатки.

В основе предлагаемой Степаненко реализации оптических интерференционных логических элементов лежит различие значений интенсивности когерентных световых волн. При этом требуемые технологические нормы (от 500 до 50 нм) на порядок-два больше по сравнению с современными электронными, что в какой-то степени упрощает реализацию фотонного процессора.

Все теоретические положения были уже проверены на макете микроволнового интерференционного логического элемента на частоте 2,545 Ггц и успешно подтвердились.

План работ по созданию машины уже продуман и проработан. Основной проблемой является, как у нас сегодня везде — отсутствие кадров с достаточной квалификацией. Степаненко отмечает падение качества подготовки специалистов.

Согласно озвученному плану, фотонная машина может быть создана уже к концу этого десятилетия.

В настоящее время в Институте программных систем и в НЦФМ разрабатываются подходы к разработке программного обеспечения для фотонной вычислительной машины. Исследуются старые (Id, Val, Lucid, Sisal) и создаются новые языки программирования типа расширения C++ — языка Т++ (Т-система с автоматическим динамическим распараллеливанием программ) или графического языка UPL. Таким образом, вышеприведённый план вроде бы уже как-то выполняется.

Что хочется сказать… конечно, проект ещё на очень ранней стадии. Если с логической архитектурой этой машины и подходами к программированию, всё более-менее хорошо проработано чисто исторически (такие архитектуры раньше разрабатывались в кремнии, но почти не доходили до физической реализации, а тем более, до серии), то в плане фотонной элементной базы всё ещё очень сыро.

Тем не менее, посещение ведущего разработчика этой системы НЦФМ лично премьер-министром РФ Мишустиным и объявление этого проекта одним из трёх флагманских для НЦФМ, вселяет некоторую надежду на реализацию фотонной машины в железе.

Оригинал публикации: https://dzen.ru/a/ZMAYfN40qEe8YaRQ

Об авторе: Специалист в области отечественной микроэлектроники, ведёт свой тематический канал «Электромозг» о российской микроэлектронике на платформе «Дзен».