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无需光刻工艺,可重构集成光子处理器研究成果公布

2023-05-16 16:57:21 宾夕法尼亚大学 阅读:
近期,宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的研究人员首次创造了一种光子器件,无需光刻即可提供可编程的片上信息处理,为AI应用提供通过卓越的准确性和灵活性增强的光子学速度。

近期,宾夕法尼亚大学工程与应用科学学院的研究人员首次创造了一种光子器件,无需光刻即可提供可编程的片上信息处理,为AI应用提供通过卓越的准确性和灵活性增强的光子学速度。LAkednc

实现无与伦比的光控制,该设备由空间分布的光学增益和损耗组成。激光直接将光投射到半导体晶圆上,无需定义光刻路径。LAkednc

材料科学与工程系和电气系统与工程系教授Liang Feng,以及博士生Tianwei Wu(MSE)和博士后高子和和Marco Menarini(ESE)在最近发表在《自然光子学》上的一项研究中介绍了这种微芯片。LAkednc

按照团队的说法,用于机器学习应用的光子芯片面临着复杂制造过程的障碍,其中光刻图案是固定的、可重新编程的能力有限、容易出错或损坏并且价格昂贵,通过消除对光刻的需求,芯片克服了这些障碍,并提供了更高的准确性和最终的可重新配置性,因为它消除了预定义功能的各种限制。LAkednc

如果没有光刻,这些芯片将成为适应性强的数据处理引擎。由于图案不是预先定义和蚀刻的,因此该设备本质上没有缺陷。也许更令人印象深刻的是,光刻技术的缺乏使微芯片具有令人印象深刻的可重新编程性,能够定制其激光铸造图案以获得最佳性能,无论任务简单(输入少,数据集小)还是复杂(输入多,数据集大)。LAkednc

换言之,该设备的复杂性或极简主义是一种有生命的东西,其适应性是蚀刻微芯片所无法做到的。LAkednc

团队表示,上述成果可以很容易地将它与经典电子产品结合起来,通过对其重新编程,即时改变激光模式,以实现人工智能网络片上训练的实时可重构计算。LAkednc

这个器件是一块不起眼的半导体板,再简单不过了。正是对这种平板材料特性的操纵,才是研究团队突破性地将激光投影到动态可编程图案中,以重新配置光子信息处理器的计算功能的关键。LAkednc

这种最终的可重构性对于实时机器学习和人工智能至关重要。LAkednc

Menarini说:“我们是如何控制光的。传统的光子芯片是基于无源材料的技术,这意味着它的材料会散射光,来回反弹。我们的材料是有源的。泵浦光束会改变材料,使信号束到达时,它可以释放能量并增加信号的振幅。”LAkednc

研究人员补充道:“这种活跃的性质是这门科学的关键,也是实现我们的无光刻技术所需的解决方案。我们可以用它来重新路由光信号,并对芯片上的光信息处理进行编程。”LAkednc

Liang Feng教授将这项技术比作一种艺术工具,一支可以在空白页上画画的笔。“我们所取得的成就是完全一样的:泵浦光是我们在一块未图案化的半导体晶圆(空白页)上绘制光子计算网络(图片)的笔。”LAkednc

但与不可磨灭的墨水线不同,这些光束可以被绘制和重新绘制,它们的图案追踪着通往未来的无数路径。LAkednc

LAkednc

Demi Xia编译LAkednc

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