높은 곳을 향해

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1260(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

강도 변조 기반 마이크로링 변조기(IM-MRM)를 사용하여 고밀도 아날로그 계산을 위한 광 처리 장치를 제안합니다. 고정 공명 파장의 출력 신호는 IM-MRM의 소광비(ER)를 변경하여 강도를 직접 변조합니다. 강도 변조 방식 덕분에 제안된 광 처리 장치는 채널 간 누화에 덜 민감합니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 제안된 설계는 파장 변조 설계에 비해 파장 채널 밀도가 최대 17배 증가한 것으로 나타났습니다. 따라서 크기 512 \(\times \) 512의 포토닉 텐서 코어는 현재 파운드리 라인으로 구현될 수 있습니다. 제안된 변조기를 사용하여 필기 숫자 인식 작업을 위해 6비트 정밀도의 CNN(Convolutional Neural Network) 시뮬레이터를 구축했습니다. 시뮬레이션 결과는 파장 채널 간격이 3dB 전력 패널티를 겪을 때 전체 정확도 96.76%를 보여줍니다. 시스템을 실험적으로 검증하기 위해 공동 패키지된 광자 칩에서 4비트 부호 있는 시스템을 사용하여 1000개의 도트 곱 작업이 수행됩니다. 여기서 광학 및 전기 I/O는 광자 및 전기 와이어 본딩 기술을 사용하여 구현됩니다. 측정 결과 연구에 따르면 내적 계산에 대한 평균 제곱 오차(MSE)는 3.09\(\times \)10\(^{-3}\)입니다. 따라서 제안된 IM-MRM은 누화 문제를 다루기 쉽게 만들고 다중 파장을 갖는 대규모 광학 정보 처리 시스템 개발을 위한 솔루션을 제공합니다.

초고속 모바일 네트워크에서 생성되는 기하급수적으로 증가하는 데이터를 처리하거나 인공지능의 가속화 요구를 충족하기 위해 컴퓨팅 요구 사항과 에너지 소비가 급격히 증가했습니다. 지난 수십 년 동안 놀랍도록 빠른 발전을 이룬 기업은 무어의 법칙에 따라 성장 한계에 가까워지고 있습니다. 현재 경로를 따라 진전이 계속된다면 이러한 계산 요구 사항은 기술적으로나 경제적으로 급속도로 엄청나게 커질 것입니다. 2. 광자 플랫폼은 광 통신 신호의 아날로그 처리를 위한 이상적인 후보로 간주되어 새로운 종류의 정보를 위한 프레임워크를 제공합니다. 처리 기계 3. 전기 회로와 비교하여 광자 회로는 다음과 같은 주요 장점을 가지고 있습니다. 빛의 속도로 이동하는 광 신호는 전송 변조로 조작할 수 있고 감쇠가 낮으며 거리에 따라 열이 덜 발생합니다. 3. 다양한 응용 분야별 광학 프로세서는 수학적 4,5 작업과 신호 처리 6,7 작업을 처리하는 데 활용되어 성능이 몇 배나 향상되었습니다.

통합 포토닉스는 단일 칩에서 광 신호를 생성, 조작 및 감지할 수 있는 기능으로 인해 엄청난 주목을 받았습니다. CMOS 호환 프로세스를 사용하여 제조된 광자 집적 회로(PIC)를 활용하면 높은 수율과 저렴한 비용으로 소형화된 광자 처리 시스템을 구축할 수 있습니다. 광원의 요구 사항에 따라 광자 처리 시스템은 응집성 아키텍처와 다중 파장 아키텍처의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 응집성 아키텍처의 경우 응집성 입력광은 빔 분할기 및 위상 시프터 배열에 사용되어 서로 다른 경로 사이의 간섭을 사용하여 매트릭스 변환을 수행합니다 3. MZI(Mach-Zehnder 간섭계 기반) 메시는 다음과 같은 주요 선형 광자 처리 네트워크입니다. 일관된 입력 신호. 이는 광 신경망 애플리케이션 8,9, 양자 전송 시뮬레이션 10, 재구성 가능한 광 지연 라인 11 및 특이값 분해 12를 포함하여 계산 시스템의 행렬 곱셈에 대해 잘 연구되고 성숙한 아키텍처입니다. 그러나 응집성 광 상호 연결은 다음과 같은 민감도를 나타냅니다. 이는 각 MZI 메쉬 층(13) 이후에 보정이 필요한 광학 위상입니다. 또한, 응집성 아키텍처에는 단일 광학 위상 기준이 필요하므로 단일 소스 레이저만 사용할 수 있습니다. 이를 위해서는 레이저가 전체 시스템에 충분한 높은 광 출력을 생성해야 했습니다. 코히어런트 시스템과 달리 다중 파장 아키텍처는 서로 다른 파장의 개별 광원 또는 여러 파장을 생성하는 단일 소스에서 생성된 비간섭 신호를 사용하여 정보를 전달하고 처리합니다. WDM(파장 분할 다중화)을 활용하는 각 입력 신호는 변조기 뱅크에 의해 병렬로 처리되는 특정 파장의 아날로그 광 전력입니다.