Teadlased töötavad välja ülikiire signaalitöötluse mikrolainefotoonikakiibi

Hiljuti töötas Hongkongi linnaülikooli elektrotehnika osakonna professor Wang Chengi juhitud uurimisrühm edukalt välja maailma juhtiva mikrolainefotoonika (MWP) kiibi. See kiip suudab kasutada optilist põhimõtet ülikiire elektroonilise analoogsignaali töötlemise ja arvutamise jaoks.
Kiip pole mitte ainult 1000 korda kiirem kui tavalised elektroonilised protsessorid, vaid tarbib ka vähem energiat. Selle lai valik rakendusi hõlmab mitmesuguseid valdkondi, nagu 5/6G traadita sidesüsteemid, kõrge eraldusvõimega radarisüsteemid, tehisintellekt, arvutinägemine ja pildi-/videotöötlus.
Meeskond tegi uurimistöös koostööd Hongkongi Hiina ülikooliga, mis on avaldatud ajakirjas Nature pealkirjaga Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine.
Traadita võrkude, asjade Interneti (IoT) ja pilvepõhiste teenuste kiire laienemisega on nõudlus RF-süsteemide järele hüppeliselt kasvanud. Mikrolainefotoonika (MWP) tehnoloogia pakub nendele väljakutsetele tõhusat lahendust oma ainulaadsete eelistega, milleks on mikrolainesignaalide genereerimine, edastamine ja töötlemine optiliste komponentide abil. Integreeritud MWP-süsteemid on aga seisnud silmitsi mitmete väljakutsetega, nagu ülikiire analoogsignaali töötlemise samaaegne realiseerimine, kiibi skaala integreerimine, kõrge täpsus ja madal energiatarve.
Nende väljakutsetega toimetulemiseks on prof Wang Chengi uurimisrühm välja töötanud uudse MWP-süsteemi. Süsteem integreerib uuenduslikult ülikiire elektro-optilise (EO) teisenduse väikese kadudega multifunktsionaalse signaalitöötlusega ühel kiibil – saavutus, mida varasemates uuringutes pole kunagi realiseeritud.
Selle silmapaistva jõudluse teeb võimalikuks integreeritud MWP töötlemismootor, mis põhineb õhukese kilega liitiumniobaadi (LN) platvormil. See mootor on võimeline täitma mitmesuguseid analoogsignaali töötlemise ja arvutusülesandeid. Aruande kohaselt pole sellel kiibil mitte ainult ülilai 67 GHz töötlusriba, vaid ka suurepärane arvutustäpsus.
Aastate jooksul on meeskond tegelenud integreeritud LN-fotooniliste platvormide uurimisega. Väärib mainimist, et 2018. aastal töötasid kolleegid Harvardi ülikoolist ja Nokia Bell Labsist välja õhukese kilega liitiumniobaadi (LN) platvormil maailma esimese CMOS-iga (Complementary Metal Oxide Semiconductor) ühilduva integreeritud elektro-optilise modulaatori, mis rajas tahke kihi. aluseks praegusele teaduslikule läbimurdele. Õhukese kilega liitiumniobaati (LN) on nimetatud "fotoonika räniks" selle tähtsuse tõttu fotoonika valdkonnas, mis on mikroelektroonikas võrreldav räniga.
See töö ei ava mitte ainult täiesti uut uurimisvaldkonda - õhukese kilega liitiumniobaadi (LN) mikrolainefotoonikat, vaid võimaldab muude eeliste hulgas ka kompaktse suuruse, kõrge signaalitäpsuse ja madala latentsusega mikrolainefotoonikakiipe. Veelgi olulisem on see, et see läbimurre kujutab endast uut suunda kiibiga analoogsete elektrooniliste töötlus- ja arvutusmootorite jaoks.