Исследователи разработали микросхему сверхбыстрой обработки сигналов для микроволновой фотоники

Недавно исследовательская группа под руководством профессора Ван Ченга с кафедры электротехники Городского университета Гонконга успешно разработала ведущий в мире чип микроволновой фотоники (MWP). Этот чип способен использовать оптический принцип для сверхбыстрой аналоговой электронной обработки сигналов и вычислений.
Чип не только в 1000 раз быстрее обычных электронных процессоров, но и потребляет меньше энергии. Его широкий спектр приложений охватывает различные области, такие как системы беспроводной связи 5/6G, радиолокационные системы высокого разрешения, искусственный интеллект, компьютерное зрение и обработка изображений/видео.
Команда сотрудничала с Китайским университетом Гонконга в исследовании, которое было опубликовано в журнале Nature под названием «Интегрированный механизм микроволновой фотонной обработки ниобата лития».
С быстрым распространением беспроводных сетей, Интернета вещей (IoT) и облачных сервисов спрос на базовые радиочастотные системы вырос в геометрической прогрессии. Технология микроволновой фотоники (MWP) предлагает эффективное решение этих проблем благодаря своим уникальным преимуществам генерации, передачи и обработки микроволновых сигналов с использованием оптических компонентов. Однако интегрированные системы MWP сталкиваются с множеством проблем, таких как одновременная реализация сверхвысокоскоростной обработки аналоговых сигналов, интеграция в масштабе чипа, высокая точность и низкое энергопотребление.
Чтобы решить эти проблемы, исследовательская группа профессора Ван Ченга разработала новую систему MWP. Система инновационным образом объединяет сверхбыстрое электрооптическое (ЭО) преобразование с многофункциональной обработкой сигналов с низкими потерями на одном кристалле — достижение, которое никогда не было реализовано в предыдущих исследованиях.
Такая выдающаяся производительность стала возможной благодаря встроенному процессору MWP, основанному на платформе тонкопленочного ниобата лития (LN). Этот механизм способен выполнять широкий спектр аналоговых сигналов и вычислительных задач. Согласно отчету, этот чип не только имеет сверхширокую полосу обработки данных (67 ГГц), но и обладает превосходной точностью вычислений.
На протяжении многих лет команда работала над исследованием интегрированных фотонных платформ LN. Стоит отметить, что в 2018 году коллеги из Гарвардского университета и Nokia Bell Labs разработали первый в мире КМОП-совместимый интегрированный электрооптический модулятор на тонкопленочной платформе ниобата лития (LN), который заложил прочный фундамент фундамент для нынешнего научного прорыва. Тонкопленочный ниобат лития (LN) получил название «кремния фотоники» из-за его важности в области фотоники, которая сравнима с кремнием в микроэлектронике.
Эта работа не только открывает совершенно новую область исследований - тонкопленочную микроволновую фотонику из ниобата лития (LN), но также позволяет создавать микросхемы микроволновой фотоники с компактными размерами, высокой точностью сигнала и низкой задержкой, а также другими преимуществами. Что еще более важно, этот прорыв представляет собой новое направление для аналоговых электронных процессоров и вычислительных механизмов.