Výzkumníci vyvíjejí mikrovlnný fotonický čip pro ultrarychlé zpracování signálu

Nedávno výzkumný tým vedený prof. Wangem Chengem z katedry elektrotechniky na City University of Hong Kong úspěšně vyvinul špičkový čip mikrovlnné fotoniky (MWP). Tento čip je schopen využívat optický princip k provádění ultrarychlého zpracování a výpočtu analogového elektronického signálu.
Čip je nejen 1000krát rychlejší než běžné elektronické procesory, ale také spotřebovává méně energie. Jeho široká škála aplikací pokrývá různé oblasti, jako jsou bezdrátové komunikační systémy 5/6G, radarové systémy s vysokým rozlišením, umělá inteligence, počítačové vidění a zpracování obrazu/videa.
Na výzkumu, který byl publikován v časopise Nature, s názvem Integrated Lithium Niobate Microwave Photonic Processing Engine, tým spolupracoval s Čínskou univerzitou v Hong Kongu.
S rychlým rozšířením bezdrátových sítí, internetu věcí (IoT) a cloudových služeb exponenciálně vzrostla poptávka po základních RF systémech. Technologie mikrovlnné fotoniky (MWP) nabízí efektivní řešení těchto problémů se svými jedinečnými výhodami generování, přenosu a zpracování mikrovlnných signálů pomocí optických komponent. Integrované MWP systémy však čelily mnoha výzvám, jako je současná realizace ultra-vysokorychlostního zpracování analogového signálu, integrace na čipu, vysoká věrnost a nízká spotřeba energie.
Pro řešení těchto problémů vyvinul výzkumný tým prof. Wanga Chenga nový systém MWP. Systém inovativně integruje ultrarychlou elektro-optickou (EO) konverzi s nízkoztrátovým multifunkčním zpracováním signálu na jediném čipu, což je úspěch, který nebyl v předchozím výzkumu nikdy realizován.
Tento výjimečný výkon je umožněn díky integrovanému procesoru MWP založenému na platformě tenkovrstvého lithium niobátu (LN). Tento motor je schopen provádět širokou škálu zpracování analogových signálů a výpočetních úloh. Podle zprávy má tento čip nejen ultra-širokou šířku pásma zpracování 67 GHz, ale má také vynikající výpočetní přesnost.
V průběhu let tým pracoval na výzkumu integrovaných LN fotonických platforem. Stojí za zmínku, že v roce 2018 kolegové z Harvardské univerzity a Nokia Bell Labs vyvinuli první integrovaný elektrooptický modulátor kompatibilní s CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) na platformě tenkovrstvého lithium niobátu (LN), který položil pevný základ. základ pro současný průlom ve výzkumu. Tenkovrstvý niobát lithný (LN) byl nazván „křemík fotoniky“ kvůli jeho důležitosti v oblasti fotoniky, která je srovnatelná s křemíkem v mikroelektronice.
Tato práce nejen otevírá zcela nové pole výzkumu – mikrovlnnou fotoniku z niobátu lithného (LN), ale umožňuje mimo jiné také mikrovlnné fotonické čipy s kompaktní velikostí, vysokou věrností signálu a nízkou latencí. Ještě důležitější je, že tento průlom představuje nový směr pro analogové elektronické zpracování a výpočetní motory v čipovém měřítku.