Современный процессор тратит удивительно большую часть энергии не на вычисления, а на перемещение данных с места на место. С ростом моделей ИИ эти затраты становятся серьёзной проблемой для центров обработки данных. Два результата 2026 года указывают на одно решение: переносить информацию внутри компьютеров светом, а не электричеством[1][2].
Почему перемещение данных стоит энергии
Базовый уровень GCSE
Внутри чипа данные движутся как электрические сигналы по крошечным медным проводникам. У каждого проводника есть сопротивление, поэтому часть энергии сигнала уходит в проводник в виде тепла (P = I²R). Более быстрые сигналы усугубляют это, а всё тепло затем приходится отводить вентиляторами и системами охлаждения, которые тратят ещё больше энергии. По словам команды DTU, использование электричества для передачи данных «ограничивает скорость и порождает тепло»[1].
Электроны в медном проводе теряют энергию на нагрев; фотоны в оптическом волноводе движутся почти без потерь. Самое трудное — сделать лазеры достаточно маленькими и эффективными, чтобы разместить тысячи на одном чипе. Схема.
Свет уже движет интернет
Вы пользуетесь оптической передачей данных каждый день: оптоволоконный интернет и каналы между ЦОД переносят информацию импульсами света, а полное внутреннее отражение удерживает свет внутри стеклянного волокна. Свет может переносить огромные объёмы данных с очень малыми потерями. Задача — уменьшить источник света и переключатели до размеров чипа.
Результат 1: нанолазер, преодолевший предел размера
Углублённый уровень A-Level
Обычные лазерные резонаторы трудно сделать намного меньше длины волны излучаемого ими света. В феврале 2026 года группа Йеспера Мёрка из Технического университета Дании (DTU) описала в Science Advances нанолазер, нанорезонатор которого концентрирует фотоны и электроны в чрезвычайно малой области; по словам Мёрка, он «преодолевает традиционный предел того, насколько малым может быть лазер»[1]. Он работает при комнатной температуре с очень малой мощностью, и в принципе тысячи таких лазеров могли бы поместиться на одном чипе[1]. Мёрк оценивает, что нанолазеры могли бы вдвое сократить энергопотребление компьютеров[1].
Результат 2: наполовину свет, наполовину вещество
Свет прекрасно переносит данные, но фотоны почти не взаимодействуют друг с другом, поэтому трудно использовать свет, чтобы переключать другой свет, — а это основа любой логики. В мае 2026 года группа Бо Чжэня из Пенсильванского университета описала в Physical Review Letters обходной путь с помощью экситон-поляритонов — гибридных частиц, возникающих при сильной связи фотонов с электронами в атомарно тонком полупроводнике[2]. Они сочетают скорость света со способностью вещества к взаимодействию, позволяя переключать оптические сигналы без постоянного преобразования в электрические и обратно[2]. Энергия переключения составила около 4 квадриллионных долей джоуля (4 × 10⁻¹⁵ Дж)[2].
Быстрая проверка
Почему медное соединение внутри чипа тратит энергию впустую?
Различие, которое учащиеся часто упускают
Оценка — это не измерение.
Вопрос в формате экзамена
Проводник внутри чипа имеет сопротивление 2,0 Ом, по нему течёт ток 0,010 А. Рассчитайте мощность, выделяющуюся в виде тепла, и предложите одно преимущество замены таких соединений оптическими линиями. [3 баллов]
Показать образец ответа и разбивку баллов
- P = I²R = (0.010)² × 2.0 (1 балл)
- P = 2.0 × 10⁻⁴ W (1 балл)
- оптические линии теряют очень мало энергии на тепло / могут передавать данные с большей скоростью / снижают потребность в охлаждении (1 балл)
На что обращает внимание экзаменатор: правильный выбор формулы и возведение тока в квадрат, затем одно ясное конкретное преимущество.
Частая ошибка: использовать P = IR (неверная формула) или забыть возвести ток в квадрат.
Передача данных, процессоры и энергоэффективность проходят через весь курс информатики GCSE и A-Level. О сетях читайте статью Wi-Fi или Ethernet; почему эффективность важна и в программах, объясняет статья «O большое» простыми словами.
Источники и дополнительное чтение
- DTU: Microscopic laser can halve a computer's energy use (Feb 2026) — Science Advances, Мёрк, предел размера, оценка, 5–10 лет
- ScienceDaily: This breakthrough uses light-matter particles to power AI (May 2026) — Penn, Physical Review Letters, экситон-поляритоны, 4 × 10⁻¹⁵ Дж
- ScienceDaily: Tiny nanolaser could cut computer energy use in half (Sep 2026) — дополнительная публикация
Последняя проверка: 5 октября 2026 г. Цифры являются типичными опубликованными значениями, и правила могут изменяться. Формулировки в экзаменах различаются в зависимости от спецификации — проверьте свою.
Часто задаваемые вопросы
Зачем компьютерам свет вместо электричества?
Передача данных по медным проводам из-за сопротивления тратит энергию на нагрев, и с ростом скорости передачи это усугубляется. Свет в крошечных оптических волноводах почти не теряет энергию по пути, может переносить данные очень быстро и не нагревает чип так же сильно. Свет уже переносит данные между ЦОД по оптоволокну; цель — перенести его на сам чип.
Чего добился нанолазер DTU?
Исследователи Технического университета Дании под руководством Йеспера Мёрка описали в Science Advances (февраль 2026) нанолазер, преодолевающий традиционный предел минимального размера лазера: он удерживает свет и электроны в чрезвычайно малой области и работает при комнатной температуре с очень малой мощностью. Мёрк оценивает, что такие лазеры могли бы вдвое сократить энергопотребление компьютеров, но это оценка, а не измеренный результат.
Что такое экситон-поляритон?
Гибрид света и вещества, возникающий при сильной связи фотонов с экситонами (связанными парами электрон–дырка) в полупроводнике. Исследователи Пенсильванского университета сообщили в Physical Review Letters (май 2026), что такие частицы в атомарно тонком полупроводнике могут переключать оптические сигналы, затрачивая около 4 квадриллионных долей джоуля.
Когда появятся компьютеры на свете?
Полностью — нескоро. Нанолазер DTU пока нужно питать светом, а не электричеством; команда называет это следующим большим вызовом и оценивает в 5–10 лет время на решение оставшихся технических проблем. Работа из Пенсильвании тоже на стадии исследований.
Оценки и отзывы читателей
Оцените эту статью по нескольким критериям — ваше мнение помогает другим читателям и помогает нам становиться лучше.
Была ли эта статья полезной?
Расскажите, что вы думаете — исправление, вопрос, оставшийся без ответа, или тема, которую вы хотели бы увидеть далее.
Хотите обсудить голосом? Запишитесь на бесплатный видеозвонок в удобное время: 15 минут для короткого вопроса, 30 — для всего остального. Время показывается в вашем часовом поясе.
Об авторе
Sudershan Soni
Основатель и главный преподаватель в Mostak Services — репетитор по математике, естественным наукам, информатике и STEM со степенью магистра и более чем 20-летним профессиональным опытом, преподаёт ученикам от уровня 11+ и GCSE до A-Level и выше, онлайн по всему миру.
Читать полный профиль