חברת החשמל מרחיבה את פריסת הפתרון של פריזמה פוטוניקס

חברת החשמל מרחיבה את פריסת השימוש בפתרון הניטור של פריזמה פוטוניקס ברשת החשמל הארצית. חברת פריזמה פוטוניקס (Prisma Photonics) התל אביבית פיתחה פתרון ניטור, מבוסס סיבים אופטיים, עבור תשתיות המתפרסות על פני מרחקים גדולים כדוגמת, צינורות נפט וגז, מסילות רכבת, גבולות – וקווי חשמל, וזאת באמצעות ניתוח שינויים זעירים במאפייני האות האופטי, הנובעים מהסביבה החיצונית, מסיקה על אירועים חיצוניים המתרחשים בקרבת הסיב.

בספטמבר 2021 הכריזו חברת החשמל ופריזמה על פיילוט משותף, שבמסגרתו נפרס פתרון הניטור של פריזמה על פני 100 קילומטר של קווי מתח גבוה. כעת, הכריזו החברות על הרחבה משמעותית של פריסת הפתרון לכ-1,000 קילומטרים, המהווים כחמישית מכלל רשת החשמל.

הפתרון הייעודי של פריזמה עבור רשתות חשמל, PrismaPower, מסוגל לזהות אירועים בטיחותיים ותחזוקתיים לאורך קווי החשמל כדוגמת ניסיונות חבלה בציוד, אנשים שמטפסים על עמודי חשמל, שיבושים נקודתיים באספקת החשמל, מעגלים מקצרים ואפילו תנאי מזג אוויר המסכנים את קווי המתח כמו רוח חזקה או פגיעות ברק בקרבת מקום. מאחר שקווי המתח משולבים בסיבים אופטיים, חברת החשמל לא נדרשה לבצע התקנה פיזית כלשהי לצורך יישום הפתרון.

מקור לייזר אחד במקום הרבה חיישנים נפרדים

פריזמה פוטוניקס, שהוקמה ב-2017, פיתחה את טכנולוגיית Hyper-Scan Fiber Sensing, אשר מבוססת על מקור לייזר המשגר פולסים קצרים ומהירים אל תוך הסיב האופטי, מודולטורים וגלאים. הם מנצלים את אפקט Raman אשר מייצר אותות חוזרים בתדר שונה מתדרי המקור, בהתאם לזעזועים מכניים המתחוללים לאורך הסיב. במקום להתקין אלפי חיישנים לאורך הקו המוגן, החברה משתמשת בסיב תקשורת אופטית סטנדרטי שברוב המקרים כבר קיים לאורך הקו או במתקן, לצורכי תקשורת.

הטכנולוגיה של פריזמה פוטוניקס מתבססת על תופעה פיזיקלית, שבה, כתוצאה מזיהומים זעירים בסיב, חלק קטן מהפוטונים המרכיבים את קרן האור העוברת בתוך הסיב מתפזרים, וחלק זעיר מהם חוזר לאחור. הודות לכך, ניתן להשתמש בסיב כמעין חיישן אקטיבי וגלאי. מניתוח החזר האור ניתן ללמוד, ברמה התיאורטית, על מה שקורה מחוץ לסיב, במובן מסוים בדומה לאופן שבו פועל מכ”ם. הבעיה היא שעוצמת ההחזר הינה קלושה, לא יותר ממאית המיליארדית מעוצמת אות המקור, ועל כן מאוד קשה להבדיל בין רעש לאות ולבנות על סמך המידע הזה תמונה ברורה של הנעשה בחוץ.

הסיב מנטר את סביבתו

כאשר החברה מנטרת קו גז או נפט, בכל 100 ק”מ של סיב אופטי, היא מתקינה מערכת שידור וגילוי (Optical Interrogator Unit), המקושרת אל מחשב המצוי בחדר התקשורת הקיים של הלקוח, שם המידע מנותח באמצעות תוכנת עיבוד המבוססת על אלגוריתמים מתימטיים ועל בינה מלאכותית. ההתראות מועברות משם אל ממשק ניהול הנמצא בדרך-כלל בחדר הבקרה המרכזי של הלקוח. המערכת מזהה ארוע (למשל דליפת נפט) ואת מיקומו לאורך צינור הנפט ברזולוציה של מטרים. המערכת גם מזהה פעילויות הנמצאות בסביבת הסיב, כמו תנועת כלי-רכב, חפירה ועוד.

קוגניפייבר מפתחת מחשב בינה מלאכותית אופטי

הדמיית קונספט של מחשב-העל האופטי העתידי של חברת CogniFiber

חברת CogniFiber מראש העין מפתחת מחשב מסוג חדש המיועד לבצע עיבוד מהיר מאוד של פעולות חישוב נוירוניות באמצעות רכיב אופטי, ולא באמצעות מעגלים אלקטרוניים. המחשב החדש ייקרא DeepLight ויתבסס על תגלית מדעית של פרופ' זאב זלבסקי מאוניברסיטת בר אילן ושל ד"ר אייל כהן. השניים גילו דרך חדשה לבנות רשתות נוירוניות באמצעות מארג של סיבים אופטיים מותכים (Multicore Fiber). המחשב מזריק אותות אל תוך המארג, והאינטראקציה בין האותות השונים בתוך אגד הסיבים מייצרת תופעה של רשת נוירונים עם משקלים הניתנים לשליטה באמצעות מערכת בקרת אותות חיצונית.

הטכנולוגיה נמצאת עדיין בשלבי מחקר ופיתוח בסיסייים, אולם להערכת החברה, בתוך מספר שנים היא תוכל לייצר מסד הכולל 1,800 מעבדים אופטיים העובדים במקביל, כאשר שילוב של מספר מסדים (תמונה למעלה) יאפשר לייצר מחשב-על ליישומי בינה מלאכותית מבוססת רשתות נוירוניות – הצורך אנרגיה של כ-10 קילו-ואט בלבד – פחות מ-1% בהשוואה למחשבי-על בקטגוריה מקבילה הקיימים היום בשוק. "רשתות נוירוניות הן יישום טבעי לעיבוד אופטי", הסביר כהן ל-Techtime. "מכיוון שהן מבוססות על סיווג ועיבוד סטטסטי. נוכל להזריק למחשב כמויות נתונים אדירות, ולקרוא במהירות את התוצאה בלא הפסדי הספק וללא חימום".

הסיב הוא הרשת

חברת CogniFiber הוקמה בשנת 2018 על-ידי זלבסקי (טכנולוג ראשי) וכהן (מנכ"ל), על בסיס תגלית מדעית. אייל כהן הוא מהנדס אלקטרוניקה שעבד במלאנוקס ובסייפאן, ולאחר מכן קיבל תארי מאסטר ודוקטורט ממכון וייצמן למדע בתחום חקר המוח. בשנת 2013 הוא החל במחקר הפוסט דוקטורט בהנחיית זלבסקי, שהתמקד בדרכים שבהן ניתן לממש רשתות נוירוניות באמצעים אופטיים. במסגרת המחקר הם גילו את הפוטנציאל הטמון במערכי Multicore Fiber ורשמו שני פטנטים (הנמצאים בבעלות האוניברסיטה).

מייסדי החברה (מימין לשמאל): פרופ' זאב זלבסקי וד"ר אייל כהן
מייסדי החברה (מימין לשמאל): פרופ' זאב זלבסקי וד"ר אייל כהן

למעשה, מדובר ברכיב המוכר מתחום התקשורת: סיבים מותכים מרובי-ליבות משמשים בכבלים תת-ימיים למרחקים גדולים. אלא שבניגוד לנהוג בתעשיית התקשורת, המערכת של החברה לא מבוססת על הרחקת הליבות אחת מהשנייה, אלא על קירוב הליבות במערך, כדי שניתן יהיה לקבל מעבר מבוקר של אור בין הליבות. כיום החברה מעסיקה 18 עובדים. מאז הקמתה ב-2018 היא גייסה כ-8.5 מיליון דולר ונכנסה לשלב הוכחת ההיתכנות, אשר הניב עד היום פטנט רשום שלישי ועוד 22 פטנטים בתהליך אישור.

המוצר הראשון ייצא לשוק בתוך כחודשיים

כהן: "בשלב הראשון יישמנו שכבת נוירונים אחת המבוססת על מערך של סיבים עם 7 כניסות ו-7 יציאות, אשר קיבל אותות באורך גל של 1550 ננומטר, עירבבב אותם וסיפק תוצאה חישובית. על-הבסיס הזה בנינו מודל וירטואלי של מערכת גדולה יותר הכוללת רשת נוירונים מלאה בעלת 50 שכבות (ResNet50), אשר הראתה יכולת להגיע לרמת הדיוק של כרטיס גרפי של אנבידיה, אבל עם ביצועים גבוהים בהרבה: עיבוד של 3700 תמונות לכל ואט, בהשוואה ל-47 תמונות אצל אנבידיה".

כעת החברה נערכת להשקת המוצר הראשון שלה, אשר מתוכנן לצאת בעוד כחודשיים לשוק, אשר מיישם רשת נוירונים לומדת מסוג מקודד אוטומטי (Autoencoder). זהו סוג של רשת לומדת בקטגוריה של Generative Adversarial Network, אשר יודעת להעתיק את הפלט לקלט ועל-ידי כך לשפר את הביצועים. "הוא יהיה בגודל של ארון תקשורת סטנדרטי (40U) במרכזי נתונים, וכולל מעבדים אלקטרונייים, ממשקי תקשורת ומודול אופטי. הוא צורך הספק של 500 ואט בלבד, ויאפשר לספק מהענן שירותי עיבוד מטלות בינה מלאכותית. כיום יש לנו מספר לקוחות פוטנציאליים הממתינים למוצר כדי לבדוק אותו. להערכתנו, המקודד האוטומטי שלנו צפוי להיות מהיר יותר לפחות פי 100 מאשר המקודד המקביל של אנבידיה, כאשר הוא רץ על-גבי מחשב Nvidia DGX-A100".

פריזמה פוטוניקס גייסה 20 מיליון דולר

בתמונה למעלה: קופסת Optical Interrogator של פריזמה פוטוניקס

חברת פריזמה פוטוניקס (Prisma Photonics) התל אביבית גייסה 20 מיליון דולר בסיבוב גיוס הון שני בהובלת קרן בשקעות מניו יורק ובהשתתפות Insight Partners, Future Energy Ventures וקרן ההשפעות של שניידר אלקטריק (SE Ventures). מאז הקמתה בשנת 2017 גייסה החברה כ-30 מיליון דולר, כאשר המשקיעים הראשונים היו i3 Equity Partner ו-Chione השווייצרית. פריסמה פוטוניקס פתיחה חיישן מבוסס סיב אופטי המאפשר לעקוב ולאתר שינויים בסביבת הסיב גם כשהוא נפרס למרחקים גדולים מאוד של עד 100 ק"מ.

הטכנולוגיה מאפשרת לעקוב אחר תשתיות המתפרסות על פני מרחקים גדולים כדוגמת צינורות נפט וגז. ניתוח שינויים זעירים במאפייני האות האופטי בסיב מאפשרים לזהות ארועים דוגמת איתור דליפות או גניבה מצינורות גז ונפט, נזקים וניסיונות חבלה בכבלים תת-ימיים, כלי-רכב ואנשים החוצים מסילות רכבת, ולספק פתרון הגנה היקפית על מתחמים וגבולות. בחודש נובמבר 2021 החברה חתמה על הסכם לשיתוף פעולה מסחרי עם חברת שניידר אלקטריק (Schneider Electric), המתמקד בשיווק פתרון הניטור של החברה ללקוחות מתחום תשתיות הגז והנפט.

החברה פיתחה את טכנולוגיית Hyper-Scan Fiber Sensing, אשר מבוססת על מקור לייזר המשגר פולסים קצרים ומהירים אל תוך הסיב האופטי, מודולטורים וגלאים. הם מנצלים את אפקט Raman אשר מייצר אותות חוזרים בתדר שונה מתדרי המקור, בהתאם לזעזועים מכניים המתחוללים לאורך הסיב. במקום להתקין אלפי חיישנים לאורך הקו המוגן, החברה משתמשת בסיב תקשורת אופטית סטנדרטי שברוב המקרים כבר קיים לאורך הקו או במתקן, לצורכי תקשורת.

תמונה קבוצתית של כל העובדים בחברת פריזמה פוטוניקס
תמונה קבוצתית של כל העובדים בחברת פריזמה פוטוניקס

הטכנולוגיה של פריזמה פוטוניקס מתבססת על תופעה פיזיקלית, שבה, כתוצאה מזיהומים זעירים בסיב, חלק קטן מהפוטונים המרכיבים את קרן האור העוברת בתוך הסיב מתפזרים, וחלק זעיר מהם חוזר לאחור. הודות לכך, ניתן להשתמש בסיב כמעין חיישן אקטיבי וגלאי. מניתוח החזר האור ניתן ללמוד, ברמה התיאורטית, על מה שקורה מחוץ לסיב, במובן מסוים בדומה לאופן שבו פועל מכ”ם. הבעיה היא שעוצמת ההחזר הינה קלושה, לא יותר ממאית המיליארדית מעוצמת אות המקור, ועל כן מאוד קשה להבדיל בין רעש לאות ולבנות על סמך המידע הזה תמונה ברורה של הנעשה בחוץ.

כאשר החברה מנטרת קו גז או נפט, בכל 100 ק"מ של סיב אופטי, היא מתקינה מערכת שידור וגילוי (Optical Interrogator Unit), המקושרת אל מחשב המצוי בחדר התקשורת הקיים של הלקוח, שם המידע מנותח באמצעות תוכנת עיבוד המבוססת על אלגוריתמים מתימטיים ועל בינה מלאכותית. ההתראות מועברות משם אל ממשק ניהול הנמצא בדרך-כלל בחדר הבקרה המרכזי של הלקוח. המערכת מזהה ארוע (למשל דליפת נפט) ואת מיקומו לאורך צינור הנפט ברזולוציה של מטרים. המערכת גם מזהה פעילויות הנמצאות בסביבת הסיב, כמו תנועת כלי-רכב, חפירה ועוד.

בהרצאה של המנכ"ל, ד"ר ערן ענבר בכנס TOGC 2020, הוא הסביר שאחד מהאתגרים המרכזיים הוא לא הגילוי אלא הסיווג של הארועים, כדי לספק למשתמש חיוויים רק על האותות הרלוונטיים. חברת פריזמה פוטוניקס הוקמה על-ידי המנכ”ל ד”ר ערן ענבר, שניהל לפני-כן את חברת מערכות הלייזר V-Gen, אשר נמכרה ל-Newport Corporation בשנת 2014 ונמצאת כיום בבעלות MKS Instruments האמריקאית.