یک شرکت فناوری با توسعه راهکاری مبتنی بر فوتونیک و چاپ سه‌بعدی میکرولنزها، به دنبال کاهش هزینه و افزایش سرعت تولید تجهیزات پیشرفته است؛ فناوری‌ای که می‌تواند به بهبود بهره‌وری انرژی در مراکز داده هوش مصنوعی و توسعه نسل جدید سامانه‌های ارتباطی کمک کند.

یک شرکت فناوری برخاسته از دانشگاه بریتیش کلمبیا با توسعه راهکاری مبتنی بر فوتونیک و چاپ سه‌بعدی میکرولنزها، به دنبال کاهش هزینه و افزایش سرعت تولید تجهیزات پیشرفته است؛ فناوری‌ای که می‌تواند به بهبود بهره‌وری انرژی در مراکز داده هوش مصنوعی و توسعه نسل جدید سامانه‌های ارتباطی کمک کند.

با افزایش تقاضا برای پردازش داده و توسعه هوش مصنوعی، محدودیت‌های انتقال اطلاعات میان تراشه‌ها به یکی از چالش‌های مهم صنعت نیمه‌رسانا تبدیل شده است. در همین راستا، شرکت کانادایی Dream Photonics با تکیه بر فناوری فوتونیک، روشی جدید برای ساده‌سازی و تسریع اتصال نوری میان تراشه‌ها توسعه داده است؛ رویکردی که می‌تواند مسیر تولید انبوه تجهیزات الکترونیکی و نوری پیشرفته را هموارتر کند.

این شرکت که از دل پژوهش‌های دانشگاه بریتیش کلمبیا (UBC) شکل گرفته است، تلاش می‌کند یکی از موانع قدیمی صنعت فوتونیک را برطرف کند: دشواری هم‌ترازی دقیق اجزای نوری در فرایند تولید.

فوتونیک چیست و چرا برای آینده تراشه‌ها اهمیت دارد؟

فوتونیک شاخه‌ای از علم و فناوری است که به تولید، کنترل و استفاده از نور برای انتقال اطلاعات و انجام کاربردهای مختلف می‌پردازد. این فناوری در حوزه‌هایی مانند ارتباطات نوری، حسگرهای پیشرفته، رایانش کوانتومی و زیرساخت‌های پردازش داده کاربرد دارد.

در بسیاری از سامانه‌های رایانه‌ای، انتقال داده میان تراشه‌ها همچنان به اتصالات الکتریکی و سیم‌های مسی وابسته است. بااین‌حال، افزایش حجم اطلاعات و نیاز به سرعت پردازش بیشتر، محدودیت‌های این روش را آشکارتر کرده است.

انتقال داده از طریق اتصالات الکتریکی می‌تواند با تولید گرما، مصرف انرژی و محدودیت در افزایش ظرفیت ارتباطی همراه باشد. در مقابل، ارتباطات نوری از نور برای جابه‌جایی اطلاعات استفاده می‌کنند و در صورت طراحی مناسب، می‌توانند پهنای باند بیشتر و بهره‌وری انرژی بالاتری فراهم کنند.

به همین دلیل، توسعه فناوری‌هایی که امکان اتصال نوری میان تراشه‌ها را در مقیاس صنعتی فراهم کنند، برای آینده مراکز داده و سامانه‌های پردازشی اهمیت زیادی دارد.

چالش اصلی؛ چرا اتصال نوری تراشه‌ها دشوار است؟

با وجود مزایای ارتباطات نوری، تولید تجهیزات مبتنی بر فوتونیک با یک مانع مهم روبه‌رو است: اجزای نوری باید با دقت بسیار زیادی در کنار یکدیگر قرار بگیرند تا نور بتواند به‌درستی از یک بخش به بخش دیگر منتقل شود.

بر اساس گزارش منتشرشده از سوی دانشگاه بریتیش کلمبیا، فرایندهای متداول ساخت این اتصالات همچنان به تنظیم مکانیکی دقیق قطعات وابسته‌اند. برخی مراحل هم‌ترازی می‌توانند چندین دقیقه طول بکشند و بخش قابل‌توجهی از زمان تولید صرف تثبیت قطعات و خشک‌شدن چسب شود.

این شیوه تولید، زمانی که صحبت از ساخت میلیون‌ها اتصال نوری به میان می‌آید، به مانعی جدی تبدیل می‌شود. افزایش زمان مونتاژ، دشواری کنترل کیفیت و هزینه بالای تولید می‌توانند تجاری‌سازی گسترده فناوری فوتونیک را محدود کنند.

تیم توسعه‌دهنده Dream Photonics پس از گفت‌وگو با نزدیک به ۲۰۰ شرکت، این مشکل را به‌عنوان یکی از نیازهای مهم صنعت شناسایی کرد.

راهکار Dream Photonics؛ استفاده از میکرولنزهای چاپ سه‌بعدی

شرکت Dream Photonics برای کاهش پیچیدگی تولید اتصالات نوری، راهکاری مبتنی بر میکرولنزهای تخصصی ارائه کرده است.

میکرولنزها، عدسی‌های بسیار کوچکی هستند که برای هدایت و متمرکزکردن نور در سامانه‌های نوری استفاده می‌شوند. این اجزا می‌توانند به بهبود انتقال نور میان بخش‌های مختلف یک سامانه کمک کنند و نیاز به تنظیم مکانیکی بسیار دقیق را کاهش دهند.

نوآوری این شرکت، امکان طراحی اختصاصی و تولید سریع این میکرولنزها با استفاده از چاپ سه‌بعدی است. به این ترتیب، به‌جای تکیه کامل بر فرایندهای دستی و تنظیم دقیق هر اتصال، می‌توان از اجزای نوری طراحی‌شده برای ساده‌سازی فرایند تولید استفاده کرد.

طبق اعلام دانشگاه بریتیش کلمبیا، تنظیم دستی دقیق اجزای نوری ممکن است تا ۸۰ درصد هزینه کل تولید را به خود اختصاص دهد. راهکار پیشنهادی Dream Photonics با هدف کاهش این هزینه‌ها و فراهم‌کردن امکان افزایش ظرفیت تولید توسعه یافته است.

البته میزان صرفه‌جویی نهایی به نوع محصول، طراحی سامانه و شرایط تولید بستگی دارد و باید در کاربردهای مختلف ارزیابی شود.

کاهش زمان تولید از ۸۰ دقیقه به ۳۵ ثانیه

یکی از مهم‌ترین ارقام اعلام‌شده درباره فناوری Dream Photonics، کاهش چشمگیر زمان انجام فرایند تولید است.

بر اساس گزارش دانشگاه بریتیش کلمبیا، محصول این شرکت می‌تواند فرایندی را که پیش‌تر حدود ۸۰ دقیقه زمان می‌برد، به حدود ۳۵ ثانیه کاهش دهد.

این مقایسه نشان‌دهنده ظرفیت بالقوه فناوری برای افزایش سرعت تولید است؛ هرچند این عدد به فرایند مشخص مورد اشاره در گزارش مربوط می‌شود و نباید آن را به معنای کاهش زمان کل تولید همه انواع تراشه‌ها دانست.

کاهش زمان انجام این مرحله می‌تواند به تولیدکنندگان کمک کند ظرفیت تولید خود را افزایش دهند، هزینه‌های عملیاتی را بهتر مدیریت کنند و محصولات مبتنی بر فوتونیک را با سهولت بیشتری از مرحله نمونه‌سازی به تولید صنعتی برسانند.

تأثیر فناوری فوتونیک بر مراکز داده هوش مصنوعی

مراکز داده هوش مصنوعی به توان پردازشی بالا و ارتباط سریع میان تراشه‌ها و تجهیزات محاسباتی نیاز دارند. با گسترش مدل‌های هوش مصنوعی و افزایش حجم محاسبات، انتقال داده به یکی از عوامل مهم در عملکرد و مصرف انرژی این زیرساخت‌ها تبدیل شده است.

فناوری‌های ارتباطی مبتنی بر نور می‌توانند در بهبود ارتباط میان تراشه‌ها و کاهش برخی محدودیت‌های اتصالات الکتریکی نقش داشته باشند.

راهکار Dream Photonics به‌طور مستقیم بر ساده‌سازی تولید اتصالات نوری متمرکز است. اگر این روش بتواند در مقیاس صنعتی با موفقیت اجرا شود، ممکن است به تولید اقتصادی‌تر تجهیزات فوتونیکی موردنیاز مراکز داده کمک کند.

از جمله کاربردهای بالقوه این فناوری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

● مراکز داده هوش مصنوعی: کمک به توسعه زیرساخت‌های ارتباطی نوری برای سامانه‌های پردازش داده.

● ارتباطات امن: استفاده در توسعه پیوندهای ارتباطی پیشرفته برای بخش‌های مالی و دفاعی.

● رایانش کوانتومی: کمک به گسترش فناوری‌های نوری موردنیاز برخی سامانه‌های کوانتومی.

● سامانه‌های خودران: پشتیبانی از توسعه تجهیزات نوری مورد استفاده در سامانه‌های هوشمند.

● فناوری لیدار (LiDAR): کمک به تولید تجهیزات اندازه‌گیری فاصله و حسگرهای نوری مورد استفاده در خودروهای خودران و کاربردهای صنعتی.

بااین‌حال، مزایای نهایی در هر یک از این حوزه‌ها به عملکرد محصولات نهایی، هزینه تولید و میزان پذیرش فناوری در صنعت بستگی دارد.

نقش دانشگاه بریتیش کلمبیا در تجاری‌سازی فناوری

توسعه Dream Photonics نمونه‌ای از همکاری میان دانشگاه و صنعت برای تبدیل پژوهش‌های علمی به محصولات تجاری است.

این شرکت با همکاری دو پژوهشگر دانشگاه بریتیش کلمبیا، یعنی دکتر لوکاس کروستوفسکی و دکتر سودیپ شکار، شکل گرفت. کروستوفسکی در زمینه اپتیک، لیزر و فوتونیک فعالیت دارد و شکار نیز در حوزه‌های الکترونیک و فناوری‌های نوری تخصص دارد.

مؤسسه کوانتوم بلوسون استوارت در دانشگاه بریتیش کلمبیا (UBC Blusson QMI) نیز زیرساخت‌های پژوهشی، تجهیزات و فرصت همکاری با دانشجویان و متخصصان را برای پیشبرد این ایده فراهم کرد.

بر اساس اطلاعات منتشرشده از سوی دانشگاه، پژوهشگران این مؤسسه تاکنون ۶۰ درخواست ثبت اختراع با کاربردهای بالقوه در حوزه‌هایی مانند انرژی پاک، سلامت، معدن و رایانش کوانتومی ثبت کرده‌اند.

همچنین، مالکیت فکری مرتبط با Dream Photonics شامل سه درخواست ثبت اختراع، دو خانواده اختراع موقت متعلق به شرکت و چهار اختراع دارای مجوز از دانشگاه است.

تجاری‌سازی چنین فناوری‌هایی می‌تواند به حفظ مالکیت فکری در کانادا، تقویت ارتباط میان دانشگاه و صنعت و ایجاد فرصت‌های شغلی تخصصی کمک کند.

Dream Photonics به‌دنبال گسترش تولید صنعتی است

شرکت Dream Photonics که فعالیت خود را در سال ۲۰۲۰ آغاز کرد، اکنون در مسیر گسترش ظرفیت تولید قرار دارد.

بر اساس گزارش دانشگاه بریتیش کلمبیا، این شرکت از سال ۲۰۲۱ سودآور بوده و در سال ۲۰۲۵ حدود ۱.۶ میلیون دلار درآمد کسب کرده است.

این شرکت همچنین در سپتامبر ۲۰۲۶ موفق شد جایزه نخست رقابت New Ventures BC را به ارزش ۱۱۰ هزار دلار کانادا دریافت کند.

از سوی دیگر، دریافت ۱.۱ میلیون دلار کانادا از محل حمایت مالی PacificCan به این شرکت امکان داده است تجهیزات موردنیاز برای انتقال فعالیت‌های خود به یک مرکز مستقل را تهیه کند. هدف این است که تولید میکرولنزهای چاپ سه‌بعدی برای مشتریان در مقیاس گسترده‌تری انجام شود.

Dream Photonics در حال حاضر بیش از ۱۲ کارمند دارد که بیشتر آن‌ها از فارغ‌التحصیلان دانشگاه بریتیش کلمبیا هستند.

گسترش فعالیت این شرکت می‌تواند علاوه بر توسعه فناوری فوتونیک، به تقویت زنجیره تأمین داخلی تجهیزات پیشرفته و ایجاد فرصت‌های شغلی تخصصی در کانادا کمک کند.

آینده فوتونیک؛ از پژوهش دانشگاهی تا صنعت نیمه‌رسانا

افزایش تقاضا برای توان پردازشی، رشد هوش مصنوعی و توسعه مراکز داده، نیاز به راهکارهای سریع‌تر و کم‌مصرف‌تر برای انتقال اطلاعات را افزایش داده است. در چنین شرایطی، فناوری فوتونیک می‌تواند یکی از مسیرهای مهم برای بهبود زیرساخت‌های ارتباطی نسل آینده باشد.

بااین‌حال، موفقیت این فناوری تنها به مزایای فنی آن وابسته نیست. هزینه تولید، قابلیت اطمینان، سازگاری با فرایندهای صنعتی و امکان تولید انبوه نیز در تعیین میزان استفاده از آن نقش مهمی دارند.

شرکت Dream Photonics تلاش می‌کند با ساده‌سازی ساخت اتصالات نوری و استفاده از میکرولنزهای چاپ سه‌بعدی، یکی از موانع تولید انبوه تجهیزات فوتونیکی را برطرف کند.

اگر این رویکرد در مقیاس صنعتی به نتایج مورد انتظار برسد، می‌تواند به توسعه اقتصادی‌تر فناوری‌های نوری، بهبود زیرساخت‌های مراکز داده و تقویت پیوند میان پژوهش‌های دانشگاهی و صنعت نیمه‌رسانا کمک کند.