Про це повідомляє “Kreschatic” з посиланням на SciTechDaily
Обробка великих обсягів даних та енергозбереження залишаються ключовими викликами у розвитку інформаційних технологій. Більшість сучасних систем передають дані світловими хвилями, однак процесинг переважно відбувається у електричній формі, що створює “вузькі місця” в продуктивності. Вчені створили програмований чип, який здійснює обробку сигналів повністю в оптичній області, що відкриває шлях до істотного підвищення швидкості і ефективності передачі даних.
Новий оптичний чип виготовлений із кремнієвої фотоніки, що забезпечує сумісність з існуючими CMOS-технологіями, мінімальні втрати сигналу та компактні розміри. Це дозволяє реалізувати функції фільтрації, відновлення сигналу та логічних операцій без переходу у електричний домен. Розробка має потенціал значно підвищити швидкість і гнучкість мереж наступного покоління.
Переваги повністю оптичної обробки сигналів
Традиційна обробка даних через оптично-електрично-оптичне перетворення створює затримки і енергетичні втрати. Перехід на повністю оптичну обробку сигналів усуває ці обмеження, надаючи можливість масштабування систем без втрати продуктивності. Сучасні технології дозволяють програмувати чипи, щоб адаптувати їхні функції до різних форматів і довжин хвиль, що підвищує універсальність мереж.
Такі оптичні рішення також знижують загальне енергоспоживання і підвищують пропускну здатність, що особливо важливо в епоху великих даних і штучного інтелекту. Крім того, висока швидкість нелінійних процесів у кремнієвих структурах відкриває нові можливості для швидкої логічної обробки інформації без втрат якості сигналу.
Технічні виклики та інновації у кремнієвій фотоніці
Кремній має особливості, які ускладнюють реалізацію оптичних нелінійних ефектів, зокрема двофотонне поглинання та вільнокарахтерні втрати, що обмежують потужність. Також сильне світлове затискання призводить до розсіювання сигналу та оптичних перешкод. Для подолання цих проблем розроблено нові структури, такі як хвилеводи з PIN-джанкціями, слот-хвилеводи і мікрорезонатори з високою якістю.
Покращені методи виготовлення забезпечують наднизькі втрати сигналу і можливість широкої переналаштування параметрів фільтрації. Завдяки цьому створено кілька варіантів чипів із різними функціональними можливостями — від фільтрації до багатоканальної регенерації та логічних операцій, що працюють на швидкостях до 100 Гбіт/с на канал.
Масштабування та застосування у майбутніх мережах
Інтеграція понад 130 компонентів на одному кристалі забезпечує обробку до 800 Гбіт/с із підтримкою різних форматів модуляції. Така багатофункціональність дозволяє застосовувати чипи у складних мережевих системах з високими вимогами до швидкості та адаптивності. Крім того, технологія підтримує автоматичне навчання та адаптацію, що відповідає сучасним вимогам 3Т, 3М і 3S для оптичних мереж.
Розвиток виробничих процесів і нових матеріалів обіцяє подальше підвищення продуктивності, зниження енергоспоживання та розширення функціональних можливостей. Це створює основу для масштабних рішень у класичних і квантових комунікаціях, а також у високошвидкісних обчислювальних системах.
Потенціал для революції у зв’язку та обчисленнях
Використання швидких нелінійних оптичних ефектів дозволяє здійснювати обробку інформації на фемтосекундних масштабах, що перевищує можливості електронних систем. Такий підхід відкриває новий рівень швидкодії для задач, де критичним є час обробки та мінімальні затримки. Крім того, оптичні технології мають перспективи у сферах, пов’язаних з обробкою великих масивів даних, комп’ютерною візією та сенсорикою.
Інновації у програмованих оптичних чипах забезпечують високу гнучкість і масштабованість, що необхідно для майбутніх технологічних платформ. Вони зможуть стати базою для створення мереж, здатних самонавчатись, самовідновлюватись та ефективно адаптуватись до змінних умов експлуатації.
Нагадаємо, раніше ми писали про те, що штучний інтелект змінює ціну на знання.
