Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа Инженерного колледжа Сеульского национального университета разработала программируемый фотонный интегральный чип, способный регулировать скорость света по мере необходимости, что открывает новый путь к решению проблемы «оптического кэширования» в области оптических вычислений.
Группа под руководством профессора Намкю Пак и профессора Сонкю Ю с кафедры электротехники и вычислительной техники Сеульского национального университета, совместно с профессором Сяньцзи Пяо с той же кафедры, опубликовала результаты этой работы в журнале «Advanced Science». Исследование направлено на решение проблем, связанных с резким ростом потребностей в вычислительных мощностях, вызванным развитием генеративного искусственного интеллекта и больших моделей, а также с ограничениями традиционных электронных полупроводников в отношении энергопотребления и скорости передачи данных. Поскольку скорость света постоянна, реализация кэширования и хранения оптических сигналов на чипе является фундаментальной долгосрочной проблемой для технологии оптических вычислений.
Группа предложила схему программируемого фотонного интегрального чипа, способного свободно регулировать скорость распространения и форму волны оптических сигналов. На основе этой схемы команда добилась управления «медленным светом» с более высокой степенью свободы по сравнению с существующими решениями.
Традиционные устройства на основе индуцированной прозрачности в связанных резонаторах (CRIT) после изготовления имеют фиксированные рабочие характеристики и не могут быть перенастроены для обеспечения различных задержек или рабочих частотных диапазонов. Чтобы преодолеть это ограничение, исследовательская группа объединила яркую моду (bright mode) и тёмную моду (dark mode) в системе CRIT в единую управляемую степень свободы и ввела две группы управляемых кольцевых ответвителей, установив новые принципы проектирования программируемых фотонных интегральных чипов. С помощью этой структуры команда реализовала регулируемую задержку оптического пути по мере необходимости и подтвердила, что интерференционный эффект между яркой и тёмной модами может служить единым интегральным параметром проектирования, значительно повышая степень свободы проектирования.
Исследовательская группа подтвердила, что с помощью двойных кольцевых ответвителей можно теоретически независимо регулировать полосу пропускания, форму волны, а также характеристики задержки и пропускания сигнала. Результаты численного моделирования также показали, что чип может динамически регулировать скорость распространения световых импульсов в реальном времени во время работы, свободно контролировать задержку оптического сигнала без потери производительности обработки сигнала и выполнять преобразование оптического спектра. Команда также проверила с помощью трёхмерного электромагнитного моделирования, что данное устройство CRIT может быть изготовлено на платформе фотонного интегрального чипа из нитрида кремния (Si₃N₄) и сохранять стабильную работу с учётом таких реальных факторов, как потери материала, отклонение добротности резонатора, обратное рассеяние, флуктуации коэффициента связи, фазовые ошибки кольцевых ответвителей и тепловые перекрёстные помехи.
Представленная в этом исследовании платформа программируемого фотонного интегрального чипа позволяет интегрировать такие ключевые функции, как синхронизация временных последовательностей сигналов, регулируемые линии задержки, оптическое кэширование и преобразование спектра, в единую архитектуру чипа. Данный подход к проектированию не ограничивается системой CRIT и может быть расширен на все фотонные схемы на основе резонаторов, что потенциально может стать базовой технологией следующего поколения для гибкого управления оптической передачей в обработке оптических сигналов. В случае коммерциализации этот чип может снизить энергопотребление центров обработки данных и AI-серверов, а также повысить эффективность обработки данных.
Профессор Намкю Пак, соавтор-корреспондент статьи, отметил, что в дальнейшем команда планирует расширить эту схему до крупномасштабных программируемых фотонных интегральных чипов на основе кремниевой фотоники и фотонных AI-технологий. Доктор Сынкюн Пак, первый соавтор, и аспирант Бомджун Чхэ добавили, что это исследование позволило им осознать, что новый взгляд на традиционные физические механизмы фотонных резонаторов может открыть новые функции для фотонных интегральных чипов, и в дальнейшей работе они планируют завершить изготовление реальных устройств и провести экспериментальную проверку.
