Ведущие исследователи Самарского университета имени С.П. Королёва разработали революционную аналоговую фотонную вычислительную систему, которая способна анализировать видеосигналы практически со скоростью света. Эта инновационная технология принципиально меняет представление о возможностях обработки видеоданных, в разы опережая современные нейросетевые платформы на традиционных полупроводниковых вычислителях.
Прорыв в фотонных технологиях от Романа Скиданова
Коллектив ученых Самарского университета, под руководством профессора кафедры технической кибернетики, доктора физико-математических наук Романа Скиданова, воплотил в жизнь проект, способный стать мировым эталоном в сфере быстродействующих вычислений. Новый фотонный вычислитель достигает совершенных результатов по скорости обработки: система моментально анализирует видеопотоки и идентифицирует заданные объекты, что ранее было доступно лишь сверхмощным цифровым комплексам.
Экспериментальный образец фотонного вычислителя компактен — его размеры сравнимы с корпусом стандартного мини-компьютера. Несмотря на скромные габариты, устройство демонстрирует выдающуюся производительность, закладывая фундамент для создания перспективных промышленных решений. Первая версия показала высокую точность — показатель распознавания в тестах 2023 года достиг 93,75%. В усовершенствованной модели установлены более продвинутые компоненты, а также лазер нового поколения диодного типа, что благоприятно сказалось на точности результатов и энергоэффективности.
Отдельно стоит отметить универсальность системы: фотонный вычислитель способен обрабатывать не только стандартные видеосигналы, но и работать с гиперспектральными данными, что открывает новые горизонты для анализа информации, скрытой от традиционных сенсоров.
Как отметил профессор Роман Скиданов, настройка и калибровка системы завершится к осени, а уже к ноябрю ученые начнут серию практических экспериментов, которые позволят раскрыть потенциал устройства в реальных условиях. Масштабное производство и обкатка почти серийного прототипа ожидаются в 2025 году, что подтверждает серьезный настрой коллектива на внедрение технологии в промышленность.
Ускорение, недоступное обычным нейросетям и полупроводниковым системам
Разработчики отмечают, что их фотонный вычислитель способен классифицировать и распознавать объекты в видеопотоке практически мгновенно — в разы и даже сотни раз быстрее, чем цифровые нейросети на базе стандартных компьютерных платформ. В то время как передовые российские ускорители от НТЦ «Модуль» (NM Card, входящий в экосистему «ИКС Холдинга») или западные решения класса Nvidia Jetson Nano демонстрируют обработку видеоданных с производительностью 24–25 кадров в секунду, фотонная система исчисляет время реакции микросекундами.
Системы аналогичного типа Nvidia традиционно считаются мировыми лидерами аппаратных решений для задач искусственного интеллекта и анализа видео. Однако фотонный вычислитель, созданный самарскими учеными, открывает новую эру сверхбыстрого распознавания, делая возможными задачи обработки, которые ранее казались недостижимыми даже для самых современных нейросетей.
Огромные перспективы применения: от безопасности до экологии
Применение фотонных вычислителей обещает существенный прогресс во множестве сфер. Классическая видеоаналитика станет намного эффективнее — технологии можно будет использовать для мгновенного распознавания лиц, номеров, а также различных объектов в потоках видеонаблюдения. Это повысит уровень автоматизации и безопасности как в городах, так и на транспортных узлах и промышленных объектах.
Спектр применения не ограничивается традиционными задачами компьютерного зрения. Благодаря работе с гиперспектрометрической информацией система сможет анализировать многоканальные спектральные изображения. Такой подход позволяет выявлять предметы и явления, остающиеся невидимыми для обычных датчиков: от обнаружения парниковых газов и фиксации выбросов метана и CO2 — до точной оценки состояния аграрных посевов, слежения за лесными пожарами или поиска минералов в геологической разведке удалённых территорий. Эти передовые возможности помогут существенно повысить эффективность решений в экологии, сельском хозяйстве и смежных отраслях.
Сегодня гиперспектрометры становятся инструментом для экологического мониторинга: они могут выявлять спектральные сигнатуры пород и минералов с орбиты спутников, предоставляя ключевую информацию для нефтегазовой отрасли. Технология также открывает новые возможности для отслеживания состояния лесов, предсказания урожайности и даже выявления стрессовых факторов для растений с космоса.
Ключевые преимущества фотонных вычислителей
Среди основных достоинств фотонной архитектуры стоит выделить феноменальную скорость обработки, невероятно широкий динамический диапазон по спектру, а также полную устойчивость к электромагнитным помехам. Системы обеспечивают одновременную обработку потоковых данных и отличаются минимальным энергопотреблением — что особенно актуально для мобильных и автономных платформ, промышленных роботов и экологических датчиков.
Эволюция фотонных вычислений берёт начало с конца 1950-х, когда первые оптические схемы вызывали настоящий фурор в научном сообществе. Однако в те годы развитие было сдержано габаритами устройств и ограниченностью доступных материалов. Сегодня прогресс в области микро- и наноструктурированной оптики, а также появление новых лазерных технологий и фотонных чипов, вернули интерес к данному направлению. Это направление сейчас активно развивается как на российском, так и на мировом рынке.
Вклад «ИКС Холдинга» и мировой рынок
Появление NM Card от НТЦ «Модуль», о котором знает каждый участник рынка отечественных вычислительных платформ, стало важной вехой для роста технологической независимости. Интеграция этих решений в экосистему «ИКС Холдинга» и их сопоставимость с решениями Nvidia Jetson демонстрируют уверенное развитие российского рынка ИИ-аппаратуры.
Синергия усилий Самарского университета, НТЦ «Модуль» и ИКС Холдинга показывает, что Россия формирует собственные мировые стандарты в сфере фотонных и нейросетевых вычислений. Это открывает широчайшие перспективы для внедрения новых методик в промышленности, экологическом контроле, транспортной и даже космической отрасли.
Будущее за фотонными вычислениями
Развитие фотонных вычислителей, обладающих уникальными характеристиками быстродействия и энергоэффективности, — это ключ к технологическому лидерству в эпоху искусственного интеллекта и роста объемов данных. Российская школа оптических технологий уверенно выходит на передовые позиции, задавая тренды отрасли и открывая миру возможности, которые ещё недавно казались фантастическими.
Благодаря научным инициативам Самарского университета, поддержке промышленных партнеров и смелым инженерным решениям, отечественная фотонная вычислительная система готова занять достойное место на мировом рынке. Впереди — этапы внедрения, практической проверки и массового тиражирования, которые позволят использовать эту технологию для улучшения жизни миллионов людей в России и за ее пределами.
