В России запускается производство уникального оборудования связи, работающего на фотонных интегральных микросхемах. Это новый тип микроэлектроники, быстродействие которого гораздо выше, чем у традиционных кремниевых чипов. Он открывает хорошие перспективы для создания устройств, необходимых, в частности, для развития телекоммуникационных сетей, например базовых станций 5G и последующих поколений, известных как всепроникающие сети. Также разработка поможет наладить квантовые коммуникации, полагают специалисты.

Радиоэлектроника нового поколения

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» и группа компаний «Элемент» объявили о запуске в производство сверхвысокочастотных (СВЧ) генераторов с уникальными характеристиками на основе новых элементов — фотонных интегральных микросхем (ФИС).

Скорость движения фотонов в таких ФИС равна скорости распространения электромагнитной волны в материале, практически это скорость света, рассказали разработчики. Поэтому быстродействие, а значит, и частотные диапазоны работы таких интегральных схем значительно выше, чем у электронных. При этом требования по топологическим нормам в производстве значительно ниже, чем в кремниевой электронике, что позволяет получать высокий процент выхода годных кристаллов на стадии промышленного освоения технологии, отметили в «ЛЭТИ».

— Радиофотонные устройства позволяют работать со сверхширокополосными сигналами, что обеспечивает высокие скорости и большие объемы передаваемой информации. Это востребовано в перспективных телекоммуникационных системах, системах квантовых коммуникаций. Кроме генераторов СВЧ сигналов у нас ведется разработка фотонных интегральных схем анализаторов спектров сигналов, аналого-цифровых преобразователей, сигнальных процессоров, — рассказал «Известиям» проректор по стратегическому развитию СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Виктор Тупик.

Как пояснили разработчики, запуск промышленного производства радиоэлектронных изделий, использующих принципы фотоники, открывает хорошие перспективы для создания новых устройств. В частности, необходимых для развития телекоммуникационных сетей, например базовых станций поколения 5G и последующих, известных как всепроникающие сети. Также они будут востребованы для модернизации системных устройств в радиолокации, радионавигации и других направлениях.

Как пояснил Виктор Тупик, объединение в одной системе радиочастотных и оптических сигналов дает возможность обнаруживать то, что невозможно зафиксировать в каждом диапазоне по отдельности.

— У фотонных и электронных интегральных схем есть общий плюс — они изготавливаются по интегральной, иначе говоря, групповой технологии. То есть за одну операцию обрабатывается не одна схема, а десятки, сотни или тысячи кристаллов микросхем, их количество зависит от размера монокристаллической подложки, — сказал эксперт. — Различия у них в физике процессов, на основе которых строится обработка информации.

Линейка первых приборов будет дополнена новейшими изделиями, среди которых отечественные разработки компонентов для квантовых коммуникаций — генераторы случайных сигналов, анализаторы спектра и другие.

Перспективные устройства

Первые промышленные опытные образцы фотонных СВЧ-генераторов появятся уже в этом году. Разработчики изготовили конструкторскую документацию на изделие, подготовили модули технологических библиотек и сейчас совместно с технологами воронежского предприятия участвуют в запуске производственной линии. Как пояснили ученые, пока в стране промышленного производства устройств на радиофотонных принципах нет.

— Предстоит еще много работы по доведению разработанной конструкторской документации и организации производственной линии к рыночному решению, доступному для обычного покупателя, но уже сейчас полученные результаты крайне ценны в условиях санкционных ограничений и необходимости наличия отечественной приборной базы, — прокомментировал заведующий лабораторией радиофотоники МФТИ Дмитрий Филонов.

Радиочастотные генераторы сами по себе очень полезные устройства, рассказал «Известиям» эксперт Центра компетенций НТИ по квантовым технологиям МГУ Иван Дьяконов.

— Они применяются во многих устройствах: в радарах, системах связи Wi-Fi, а также для решения научных задач. У устройств с фотонными интегральными схемами могут быть иные, более специфичные сферы применения, но тем не менее, вероятно, у них есть хорошие перспективы, — сказал эксперт.

Сверхвысокочастотные генераторы на базе ФИС открывают большие возможности для сверхширокополосных систем связи, таких как будущие сети 5G/6G и квантовые коммуникации, подчеркнул доцент кафедры теории вероятностей и кибербезопасности института компьютерных наук и телекоммуникаций РУДН Вячеслав Бегишев.

— Производство таких устройств в России позволит снизить зависимость от зарубежных технологий и создать отечественные компоненты для сетей 5G/6G и более усовершенствованных систем связи. Внедрение ФИС даст возможность увеличить выпуск высокотехнологичных продуктов на базе отечественных производственных мощностей, — сказал специалист.

В настоящее время мировой рынок интегральной фотоники для применения в перспективных телекоммуникационных системах и системах квантовых коммуникаций составляет порядка $10 млрд, при этом доля России в нем составляет всего около 2%, сообщили в «ЛЭТИ». В основном работы сфокусированы в области поиска технологических возможностей совмещения микроэлектронной кремниевой технологии и фотонных технологий.