Ve Španělsku vytvořen energeticky nezávislý reprogramovatelný fotonický čip pro 6G a kvantové technologie
Výzkumný tým z Polytechnické univerzity ve Valencii pod vedením profesora Josého Capmanyho vyvinul fotonický čip schopný pracovat při vysokých rychlostech bez potřeby stálého zdroje napájení. Výsledky, publikované v Nature Photonics, otevírají nové možnosti pro vytváření programovatelných integrovaných obvodů v telekomunikacích 6G a kvantových výpočtech.
Inside za hranicí humbuku: Analýza španělského energeticky nezávislého fotonického čipu od týmu Josého Capmanyho
Zatímco celý svět sledoval WWDC a návštěvy generálních ředitelů velkých AI společností v Koreji, ve Valencii se stalo něco jiného. Tišší, skromnější – a pravděpodobně důležitější. Tým pod vedením profesora Josého Capmanyho z Polytechnické univerzity ve Valencii publikoval v Nature Photonics výsledek, který za dva až tři roky mnozí nazvou „zlomovým okamžikem“. A víte co? Budou mít pravdu.
Laik čte: „energeticky nezávislý reprogramovatelný čip“. Insider vidí: rozsudek smrti pro termooptické ohřívače a začátek éry, kde se světlo učí „pamatovat“ stejně dobře jako křemík, ale bez přehřívání. Toto není další čip. Toto je – rozchod s kánonem, podle kterého žila fotonická integrovaná obvodová technika posledních 15 let.
Podstata: co se skutečně děje
Capmany a jeho tým vyřešili zásadní problém, který brzdil škálování fotonických procesorů. Až do dneška každý programovatelný fotonický čip (v podstatě „mikroprocesor pro světlo“) vyžadoval neustálé zahřívání mikroskopických rezistorů pro změnu fáze světla. Takzvaný termooptický jev. Každý takový ohřívač žere energii, zahřívá pouzdro a znemožňuje vytváření čipů s tisíci komponent.
Výzkumníci nahradili architekturu. Místo neustálého zahřívání použili hybridní platformu křemík + titaničitan barnatý (BaTiO₃). To je feroelektrikum: zachovává polarizaci (a tedy i danou optickou konfiguraci) po odpojení napájení. Zhruba řečeno, vytvořili pro světlo analogii energeticky nezávislé flash paměti, ale na úrovni přepínání optických cest.
Čísla jsou výmluvná. Doba přepínání – řádově 80 nanosekund. To je o dva řády lepší než u jakýchkoli termooptických systémů (které pracují v mikrosekundách). Statická spotřeba energie – prakticky nulová. V současných technologiích každý prvek programovatelné matice vyžaduje watty tepla 24/7. Zde konfigurace nevyžaduje napájení vůbec.
Časová osa a kontext
Tým Capmanyho není nováček. Již dlouho jsou světovými lídry v oblasti programovatelné fotoniky. Spin-off společnost iPronics, jejímž spoluzakladatelem je Capmany, již v roce 2025 uzavřela kolo ve výši 20 milionů EUR za účasti Triatomic Capital a již testovala svá řešení s Vodafone.
Současná publikace v Nature Photonics je však výsledkem práce konsorcia:
| Účastník | Role | Země |
|---|---|---|
| Lumiphase AG | Dodavatel materiálů | Švýcarsko |
| CEA Leti | Výroba prototypů křemíkové fotoniky | Francie |
| Řecká univerzita | Vědecký partner | Řecko |
Toto je evropská odpověď na monopol USA a Číny ve výrobě čipů.
Důležitý kontext: duben 2026. Jen před dvěma měsíci stejný tým Capmanyho publikoval v Advanced Photonics novou teorii informace – „fotonickou analogovou informaci“ (Analog Photonic Information, API) – a zavedl pojem „anbit“ (analogový bit). Tento anbit může nést 10–100krát více informace než digitální bit, ale vyžaduje zásadně nový hardware pro své zpracování. Čip, oznámený nyní, je prvním fyzickým ztělesněním této teorie. Nejprve matematika (duben 2026), nyní – fungující prototyp (červen 2026). Tempo je zběsilé. Proč je to důležité právě teď? Protože lavina dat z AI, 6G a internetu věcí jednoduše smetá elektroniku. Podle odhadu samotného Capmanyho dosáhla elektronika 85–90 % svého fyzického limitu. Závod o příští desetiletí je závodem o fotoniku. Španělé právě postavili zátaras.
Kdo vyhrává a kdo prohrává
Vyhrává Evropa jako celek a Španělsko zvláště. V Evropě již existují tři megaprojekty na vytvoření továren na fotonické čipy: Vigo (III-V materiály), Barcelona (křemík) a Valencie (hybrid křemík-titaničitan barnatý). Nyní má Valencie nejen továrnu, ale i architektonickou výhodu. CEA Leti (Francie) se podílela na vývoji – Francie tedy získá toto know-how pro své linky.
Vyhrává iPronics. Komerční ruka laboratoře. Jejich CTO Daniel Pérez přímo prohlašuje „překonání hlavní překážky“. S takovým čipem může iPronics prodávat nejen „fotonický FPGA“, ale „fotonický FPGA, který se nezahřívá a nežere elektřinu v klidu“. Pro datová centra, kde účty za elektřinu jsou druhou největší položkou po platech, je to nabídka, kterou nelze odmítnout.
Vyhrávají vývojáři 6G a kvantových technologií. 80 nanosekund je dostatečně rychlé pro přepínání paketů v datových centrech při výpadcích (failover). A absence zahřívání je kriticky důležitá pro kvantové výpočty: jakékoli fotonické integrované obvody pro qubity trpí parazitním teplem. Nyní je tato bariéra odstraněna.
Prohrávají výrobci tradičních termooptických čipů. Startupy a R&D centra, která investovala miliardy do technologií založených na dotovaném křemíku s ohřevem. Jejich patenty na „řízení fáze pomocí tepla“ se stávají včerejškem. Někteří (jako Klein Tools nebo LioniX) budou muset naléhavě přejít na titaničitan barnatý.
Prohrává NVIDIA (částečně). Zní to divoce, ale trend je jasný. Fotonické akcelerátory pro AI se postupně stávají realitou. Zatímco NVIDIA dominuje, fotonika poskytuje analogové výpočty s obrovskou rychlostí. Pokud iPronics škáluje svůj čip na tisíce programovatelných prvků, část úloh lineární algebry (násobení matic) přejde z GPU na fotonické desky. Dlouhodobá hrozba, ale formuje se právě teď.
Co média neříkají
A zde je hlavní insight, který neuvidí nikdo z těch, kdo píší o „průlomu ve Španělsku“.
Média neříkají, že titaničitan barnatý (BaTiO₃) je strašně náladový materiál ve výrobě. Jeho integrace s křemíkem byla dosud považována za „neřešitelnou“ pro hromadnou výrobu. Tým Capmanyho spolu s Lumiphase AG a CEA Leti udělal to, co se nepodařilo Intelu a GlobalFoundries na jejich experimentálních linkách. Našli způsob, jak nanášet nebo pěstovat BaTiO₃ na standardním křemíkovém čipu při zachování feroelektrických vlastností. Pokud bude tento technologický proces předán komerčním linkám, otevře se cesta k hybridní elektronicko-fotonické architektuře, kde elektronika řídí křemík a světlo zpracovává data – přičemž přepínání probíhá bez zahřívání.
Druhý detail: 80 nanosekund je dobré, ale pro CPU je to stále pomalé. Frekvence 12,5 MHz (1/80 ns) pro přepínání vypadá skromně ve srovnání s gigahertzovými elektronickými tranzistory. To znamená: čip nenahradí logiku, ale bude fungovat jako rekonfigurovatelná optická matice (směrovač toků), nikoli jako výpočetní jádro v reálném čase. Ale pro úlohy 6G přepínání a rekonfigurace fotonických procesorů je to ideální.
Třetí detail: statickou spotřebu energie vynulovali, ale dynamika (přepínání) stále vyžaduje energii. Přepnout 80-nanosekundový hradlo – to jsou stále náklady. Ale hlavní úspěch je jinde: dříve čip s 1000 ohřívači žral 100 W neustále. Nyní čip s 1000 přepínači žere 0 W v pohotovostním režimu a špičky pouze v okamžicích rekonfigurace. Pro bateriová zařízení IoT a přenosné kvantové senzory – to je game changer. Uznejte, rozdíl je znatelný.
Prognóza: příštích 30 dní a 90 dní
30 dní:
- Roadmap od iPronics. Společnost oznámí plány na vydání komerčního vzorku Field-Programmable Photonic Gate Array (FPPGA) na nové technologii. Časový rámec – 18–24 měsíců. Investice do výrobní linky – přibližně 30–40 milionů EUR.
- Zájem hyperscalerů. Google, AWS a Microsoft (které již testovaly prototypy iPronics) si vyžádají inženýrské vzorky pro svá datová centra. Zaměření – na použití čipu pro optické přepínání v rozsáhlých AI clusterech, kde výměna elektronických přepínačů za fotonické může ušetřit stovky megawattů.
- Vědecká diskuse. Objeví se preprinty z MIT a Caltech, kritizující „dlouhou dobu přepínání“ (80 ns oproti „teoretickému limitu“ v pikosekundách u konkurentů na tekutých krystalech). Začne „fotonická válka“ publikací.
90 dní (září 2026):
- Konsolidace v evropském fotonickém ekosystému. Vzhledem k tomu, že projekt NEoteRIC (biomedicínské aplikace fotoniky) již tyto čipy používá, uvidíme první komerční produkt: přenosný spektrometr nebo senzor pro analýzu krve, pracující na energeticky nezávislém fotonickém čipu. To přitáhne pozornost farmaceutických gigantů (Roche, Bayer).
- Zahájení jednání s ASML. ASML (Nizozemsko) má zájem o jakoukoli optiku pro své EUV skenery. Technologie BaTiO₃ z UPV může být použita k vytvoření přesnějších a energeticky účinnějších řídicích prvků v litografech.
- Patentový pool. iPronics a UPV zaregistrují mezinárodní patenty na architekturu „non-volatile field-programmable photonic gate array“. To vytvoří ochrannou bariéru pro čínské konkurenty, kteří se zatím snaží vyřešit stejný úkol na fázově proměnných materiálech (GST, SbTe).
Závěr pro stratéga
Co udělal José Capmany? Není to jen inženýrský úspěch. Je to převedení fotoniky z kategorie „zajímavé laboratorní technologie“ do kategorie „životaschopné průmyslové alternativy“. Dříve programovatelná fotonika narážela na tepelnou bariéru: aby bylo možné vytvořit složitý čip, bylo nutné k němu přivést obrovský elektrický výkon a vyřešit problém odvodu tepla. Nyní bariéra neexistuje. Čip lze škálovat na tisíce a desetitisíce prvků, čímž vzniknou skutečné fotonické procesory, které spotřebovávají energii pouze tehdy, když mění svou konfiguraci.
Pro Evropu, která zaspala revoluci elektronických čipů (ASML je jediný paprsek světla v temném království), je to šance obsadit mezeru v příštím technologickém uspořádání. Pro investory – signál dívat se na společnosti pracující s BaTiO₃ a integrací feroelektrik do standardní CMOS litografie. Ti, kteří vstoupí nyní, budou za tři roky sklízet plody, až se 6G a post-křemíkové výpočty stanou mainstreamem.
— Editorial Team
Zatím žádné komentáře.