DARPA ищет волшебников схемотехники. Агентство платит $35 млн за то, чтобы заставить сегодняшнюю фотонику делать завтрашнюю работу

DARPA решила всерьез подтолкнуть фотонные вычисления и выделяет на это около $35 млн. Агентство рассчитывает, что такие деньги заставят исследователей обойти фундаментальные физические ограничения и перейти от сегодняшних узких демонстраций к гораздо более масштабным фотонным интегральным схемам, где вычисления выполняются светом, а не электроникой.

Поводом стала новая заявка в рамках программы Photonic Integrated Circuit Architectures for Scalable System Objectives, или PICASSO. Смысл в том, чтобы масштабировать фотонику до системного уровня и сделать ее пригодной для реальных задач, включая нагрузки из мира ИИ. DARPA отдельно подчеркивает: ждать «идеальных» новых компонентов не нужно, наоборот, участникам предлагают показать, как грамотное проектирование на уровне схем позволит выжать максимум из уже доступных фотонных элементов.

Фотонные вычисления в целом не выглядят фантастикой: фотонные схемы уже существуют, просто пока в ограниченном виде. Их привлекательность понятна — у света выше пропускная способность, ниже задержки и потенциально лучше энергоэффективность, что особенно важно для тяжелых вычислений вроде обучения и инференса моделей. Но, как признает сама DARPA, системы с фотонными схемами пока с трудом демонстрируют заметные преимущества на уровне всей системы по сравнению с чисто электронными решениями.

Одна из причин — «мелкая глубина» нынешних фотонных схем. Они хорошо справляются с отдельными линейными операциями, но быстро упираются в границы сложности. В результате фотонику часто вынужденно связывают с электроникой: оптический сигнал преобразуют в электрический, чтобы передать данные другим компонентам. Это почти убивает ключевой плюс по задержке: агентство указывает, что наносекундная латентность фотонной части теряется на фоне миллисекундной латентности электронных цепей, что эквивалентно деградации производительности на 10^6.

Дальше начинается то, что DARPA называет простой причиной всех бед — физика. Масштабирование фотонных схем ограничивают фундаментальные свойства передачи сигналов светом. Первое препятствие — деградация сигнала. В отличие от классических МОП-схем, где сигнал можно регенерировать и отфильтровать шум, в фотонике есть базовая проблема оптического затухания и шума: усиливая оптический сигнал, вы одновременно усиливаете и шум, то есть «вытащить» качество усилителем не получается.

Второе препятствие — паразитные интерференции волн. Они приводят к рассеянию, нежелательной связи, утечкам мод, обратным отражениям и лишним резонансам. На длинных цепочках из многих компонентов контроль таких ошибок становится непредсказуемым, особенно если добавить производственные разбросы и тепловые или внешние воздействия. Именно поэтому индустрия часто подстраховывается электроникой, но DARPA прямо говорит, что не хочет «тяжелой» электронно-оптической подпорки: активное использование электроники лишает систему нативных преимуществ фотоники по задержке, эффективности и полосе пропускания.

PICASSO пытается повторить логику развития электроники, где умные схемотехнические приемы компенсируют ограничения отдельных транзисторов. DARPA ожидает от участников нестандартных стратегий на уровне схем, которые дадут предсказуемую работу и стабильность, не требуя новых компонентов. В формулировке агентства это звучит как попытка «собрать завтрашние фотонные схемы из сегодняшних деталей».

Планы по срокам тоже обозначены достаточно жестко. Старт программы намечен на июль 2026 года, а через 18 месяцев после запуска DARPA хочет увидеть демонстрацию предсказуемой производительности фотонных схем. Еще через дополнительные 18 месяцев, то есть к окончанию второй фазы, агентство рассчитывает на демонстрацию обобщенной функциональности схем, а не единичных трюков. При этом общий бюджет всей программы остается тем же — около $35 млн на несколько грантов, а заявки от участников ждут до 6 марта 2026 года.