כתבה היסטורית של אבי בליזובסקי מ-1997 על מחשבים אופטיים, בגרסה משוחזרת ומעודכנת, עם מבט לאחור על מקומה של הפוטוניקה במחשוב המודרני
בשנות התשעים נדמה היה כי עולם המחשוב ניצב רגע לפני קפיצה דרמטית. המחשב האישי התפשט במהירות, האינטרנט החל לצאת מן האקדמיה אל הציבור הרחב, ויצרני השבבים דחפו את המיקרו-אלקטרוניקה לגבולות חדשים. דווקא על רקע ההצלחה הזאת, חוקרים רבים ביקשו להביט מעבר לאופק ולשאול מה יבוא אחרי הסיליקון. אחת התשובות המסקרנות ביותר היתה המחשב האופטי: מחשב שיתבסס לא על אלקטרונים וזרם חשמלי, אלא על אור.
חוקרים פיתחו אז טכנולוגיות שנועדו לאפשר בניית מחשבים אופטיים בעלי מהירות עצומה. ביפן, למשל, ראו בתחום הזה יעד אסטרטגי. אם האלקטרוניקה היתה מזוהה עם מדע המאה העשרים, היו מי שסברו כי האופטיקה תהיה מדע המאה העשרים ואחת. מאחורי ההכרזה הזאת עמדה מחשבה פשוטה: ככל שהמחשבים נעשים מהירים יותר, כך מתחדדת גם השאלה עד כמה ניתן עוד להאיץ מערכות המבוססות על זרם חשמלי, על חיווט צפוף ועל טרנזיסטורים זעירים ההולכים ומצטופפים על גבי שבב.
היסודות לעיבוד אופטי לא נולדו בשנות התשעים. הם הונחו כבר במלחמת העולם השנייה, במחקרים על עיבוד אותות מכ"ם. בהמשך נבנו מערכות ששילבו אופטיקה ואלקטרוניקה, וגם בעולם המחשבים כבר נוצרו ממשקים בין שתי הטכנולוגיות, למשל באמצעי אחסון אופטיים. ואולם ההתעניינות באור כבסיס למחשבי העתיד התעצמה במיוחד בשנות השבעים והשמונים, כאשר חוקרים העריכו כי ההתקנים המיקרו-אלקטרוניים עשויים להתקרב בתוך זמן לא רב אל גבול יכולתם.
אלא שהאלקטרוניקה עצמה הפתיעה. יצרני השבבים הצליחו להמשיך ולשפר את המעבדים, לדחוס אליהם עוד ועוד טרנזיסטורים ולהעלות את מהירותם. לכן, במקום מהפכה פתאומית שבה המחשב האלקטרוני מפנה את מקומו למחשב אופטי, החל להסתמן כיוון ביניים: שילוב בין אופטיקה לאלקטרוניקה. תקשורת סיב-אופטית המבוססת על אור כבר היתה אז מעשית, ולכן חוקרים ניסו לבנות מחשבים מקביליים אלקטרוניים שבהם ייעשה שימוש באור כדי לשפר את ביצועי המערכת. המחקר התמקד במציאת ממשקים בין המיקרו-אלקטרוניקה לבין הפוטוניקה, באמצעות פיתוח משדרי אור, מקלטי אור ורכיבים שיכולים לתרגם מידע אלקטרוני לאותות אור ובחזרה.
ובכל זאת, החזון השאפתני יותר לא נזנח. אם הטרנזיסטור הוא לבו של המחשב האלקטרוני, הרי שלמחשב אופטי יידרש מקביל אופטי: מתג אופטי. כמו שהטרנזיסטור החשמלי מבוסס על העברה או חסימה של זרם חשמלי, כך המתג האופטי אמור להתבסס על העברה או חסימה של אור. הרעיון נשמע פשוט, אך מימושו היה מורכב לאין שיעור. כדי לבנות מחשב אופטי אמיתי לא די במתג אחד כזה, אלא יש צורך במיקרו-מעבדים אופטיים שלמים, שכל אחד מהם יכלול מספר עצום של מתגי אור זעירים. כאן כבר נגע המחקר באזור שנראה אז כמעט כמו מדע בדיוני.
לבניית התקנים כאלה נדרשו חומרים מיוחדים, ועל פיתוחם שקדו מעבדות רבות. אחד הכיוונים שהתבלטו היה שימוש במבנים הידועים בראשי התיבות MQW, כלומר Multiple Quantum Well. הכוונה היתה לנצל תכונות פיזיקליות ייחודיות של שכבות דקות מאוד כדי לבנות התקנים שיוכלו להגיב לאור, לשלוט בו ואולי בעתיד גם לעבד באמצעותו מידע. אם אכן ניתן יהיה לייצר מתגי אור זעירים במספרים עצומים, אפשר יהיה לדמיין מחשבים שפועלים במהירויות חריגות ובדפוסי תקשורת חדשים.
אחד היתרונות התאורטיים הגדולים של המחשב האופטי נגע לא רק למהירות, אלא גם לארכיטקטורה. במערכות אלקטרוניות רגילות, כאשר מעבדים או רכיבים פועלים במקביל, התקשורת ביניהם מוגבלת יחסית ומבוססת בעיקר על קישורים מוגדרים מראש. במערכת אופטית, לפחות ברמה העקרונית, אפשר לאפשר קישוריות גמישה יותר בין רכיבים מרוחקים. משום כך, תומכי התחום האמינו כי מחשבים אופטיים יוכלו לא רק לבצע חישובים מהר יותר, אלא גם לארגן מחדש את האופן שבו מידע זורם בתוך המחשב.
כמעט שלושה עשורים לאחר פרסום הכתבה המקורית, אפשר להביט לאחור ולשאול מה מכל זה התממש. התשובה מורכבת. מצד אחד, המחשב האופטי הכללי, זה שאמור היה להחליף את המחשב האלקטרוני, לא הפך למציאות יומיומית. גם כיום, עיקר הלוגיקה, הזיכרון והבקרה במחשבים מבוצעים באמצעים אלקטרוניים. הטרנזיסטור לא הוחלף, והסיליקון לא ירד מן הבמה. במובן הזה, התחזית של מהפכה מלאה היתה מוקדמת מדי.
מצד אחר, הכיוון הבסיסי היה נכון. האור אכן תפס מקום חשוב יותר ויותר במערכות מחשוב מודרניות, אבל לא במקום שבו רבים ציפו לו בשנות התשעים. במקום להחליף את המעבד המרכזי, הפוטוניקה חדרה בעיקר אל תחומי התקשורת המהירה: בין שבבים, בין מעבדים, בין שרתים ובין מערכות במרכזי נתונים. ככל שכמות הנתונים גדלה, וככל שמערכות בינה מלאכותית דורשות העברה מהירה יותר של מידע בין רכיבים, כך מתברר יותר ויותר שהצוואר המרכזי אינו תמיד עצם החישוב אלא התעבורה סביבו. כאן לאור יש יתרון ברור.
במילים אחרות, מה שהתממש איננו מחשב אופטי טהור, אלא מחשוב היברידי. האלקטרוניקה ממשיכה לבצע את עיקר העיבוד, אך הפוטוניקה מסייעת לה להתמודד עם מגבלות של מהירות, חום, הספק ותקשורת. זה אולי פחות דרמטי מן החלום המקורי על "מחשב אור", אך מבחינה מעשית זוהי התפתחות עמוקה מאוד. העולם לא ויתר על הטרנזיסטור, אבל גם לא ויתר על האור. במקום לבחור ביניהם, הוא לומד לשלב ביניהם.
לכן, הכתבה ההיא מ-1997 מעניינת היום לא רק כמסמך היסטורי, אלא גם כתזכורת לדרך שבה מדע וטכנולוגיה מתקדמים באמת. לעתים החזון מתגשם בדיוק כפי שתואר. לעתים הוא משנה צורה בדרך. במקרה של המחשב האופטי, ההבטחה לא נעלמה. היא פשוט מצאה מסלול אחר. לא מהפכה מוחלטת שתמחק את האלקטרוניקה, אלא חדירה הדרגתית של הפוטוניקה אל לב התשתית החישובית של העידן החדש. במובן זה, אפשר לומר שהתחזית היתה נכונה, אבל בקצב אחר, ובצורה אחרת מזו שנדמתה לעין ב-1997.
עוד בנושא באתר הידען:
