Një ekip studiuesish ka zhvilluar një çip optik të programueshëm që i lejon inxhinierët të ngadalësojnë dritën kur u nevojitet, duke ofruar kështu një kontroll shumë më të saktë mbi përhapjen e sinjaleve optike nëpër qarqe. Kjo risi mund të sigurojë mekanizmat e nevojshëm për vonesën, sinkronizimin dhe ruajtjen e përkohshme të sinjaleve, duke e afruar kompjuterizimin me bazë dritën drejt zbatimit praktik. Në të ardhmen, një çip i vetëm do të mund të përmbushë funksione që sot kërkojnë pajisje të shumta, duke ulur potencialisht konsumin e energjisë, kostot dhe ndërlikueshmërinë në serverat e inteligjencës artificiale dhe në qendrat e të dhënave.
Të lidhura
None found
Lulëzimi i modeleve gjeneruese të AI-së dhe sistemeve të mëdha të inteligjencës artificiale po rrit kërkesat për fuqi llogaritëse në qendrat e të dhënave dhe serverat. Gjysmëpërçuesit elektronikë tradicionalë po e kanë të vështirë të përballojnë këtë rritje, pasi harxhojnë shumë energji dhe kanë shpejtësi të kufizuar të transmetimit të të dhënave. Këto sfida kanë nxitur interesin për kompjuterizimin optik, ku informacioni përpunohet me anë të dritës në vend të sinjaleve elektrike, duke mundësuar shpejtësi jashtëzakonisht të larta dhe konsum më të ulët energjie. Megjithatë, vetë drita paraqet një pengesë: ajo lëviz me një shpejtësi konstante, çka e bën të vështirë vonimin ose mbajtjen e përkohshme të sinjaleve në një pikë të caktuar, aftësi këto thelbësore për krijimin e memories dhe buferave në kompjuterat optikë.
Studiuesit nga Universiteti Kombëtar i Seulit dhe Universiteti i Seulit, nën drejtimin e profesorëve Namkyoo Park dhe Sunkyu Yu nga Departamenti i Inxhinierisë Elektrike dhe Kompjuterike, si dhe profesorit Xianji Piao nga Shkolla e Inxhinierisë Elektrike dhe Kompjuterike në Universitetin e Seulit, kanë krijuar një qark të integruar fotonik të programueshëm që zgjidh këtë problem. Ata kanë projektuar një pajisje që kontrollon njëkohësisht shpejtësinë dhe formën e sinjaleve optike, duke ofruar një fleksibilitet më të madh mbi të ashtuquajturën “dritë e ngadaltë” sesa metodat e mëparshme.
Qarqet fotonike të integruara po shihen si një teknologji premtuese për përpunimin e shpejtë dhe efikas të të dhënave me anë të dritës. Në rrjetet e komunikimit dhe sistemet e ardhshme kompjuterike, nuk mjafton që sinjalet të lëvizin shpejt; ato duhet gjithashtu të mbërrijnë në momentin e duhur. Ndonjëherë, një impuls drite duhet vonuar që të qëndrojë në sinkron me pjesën tjetër të informacionit që përshkon sistemin. Një mënyrë për të krijuar këto vonesa është fenomeni i transparencës së induktuar nga rezonatorët e çiftuar (CRIT), i cili shfrytëzon interferencën mes shumë rezonatorëve optikë për të transmetuar në mënyrë selektive dritën, duke ia ulur njëkohësisht shpejtësinë.
Pajisjet tradicionale CRIT kanë një kufizim të madh: karakteristikat e tyre mbesin të pandryshueshme pas fabrikimit. Nëse një inxhinier do një vonesë më të gjatë ose një interval tjetër frekuencash, ai detyrohet të projektojë dhe prodhojë një pajisje tërësisht të re. Kjo mungesë adaptimi e ndërlikon infrastrukturën e komunikimit optik dhe shton kostot e afatet e zhvillimit, duke u bërë pengesë kryesore për serverat e AI-së dhe qendrat e të dhënave të së ardhmes.
Ekipi hulumtues propozoi një strategji të re duke trajtuar dy gjendjet optike në sistemet CRIT — mënyrën e ndritshme dhe atë të errët — si një shkallë të vetme lirie. Ata shtuan gjithashtu dy bashkues unazë të rregullueshëm, duke krijuar një parim të ri dizajni për qarqet fotonike. Parametrat e rezonatorëve, dikur të ngurtësuar gjatë prodhimit, tani mund të rregulloheshin për qëllime të ndryshme. Falë kësaj strukture, lëvizja e dritës mund të vonohej dhe kontrollohej sipas dëshirës.
Studiuesit vërtetuan teorikisht se këta bashkues unazë mund të rregullonin gjerësinë e brezit, formën e impulsit, kohën e vonesës dhe efikasitetin e transmetimit të sinjaleve. Kjo aftësi për të rikonfiguruar shpejtësinë dhe sjelljen e sinjaleve shtrihej në sisteme të tëra me shumë rezonatorë, jo vetëm brenda një të vetmi. Simulimet numerike konfirmuan gjithashtu se shpejtësia e pulseve optike mund të ndryshohej në mënyrë dinamike edhe gjatë veprimit të qarkut, pa cenuar performancën, dhe se frekuenca e dritës mund të konvertohej pa nevojë për komponentë shtesë.
Për të testuar realizueshmërinë praktike, ekipi përdori simulime elektromagnetike tredimensionale mbi një platformë qarku fotonik me nitrid silici (Si₃N₄). Ata morën parasysh probleme reale si humbjet materiale, variacionet e cilësisë së rezonatorëve, shpërndarjen prapa të dritës, luhatjet e bashkimit, gabimet fazore dhe ndërhyrjen termike. Simulimet treguan se pajisja do të mbetej e besueshme edhe në këto kushte.
Hulumtimi paraqet një platformë fotonike që kontrollon në kohë reale si aspektet kohore ashtu edhe ato spektrale të sinjaleve të dritës. Dizajni i ri tejkalon kufizimet e pajisjeve tradicionale të vonesës optike dhe tregon se disa funksione të rëndësishme — sikurse sinkronizimi i sinjaleve, linjat e rregullueshme të vonesës, buferat optikë dhe konvertimi i frekuencës — mund të integrohen në një qark të vetëm. Studiuesit besojnë se e njëjta filozofi projektimi mund të aplikohet gjerësisht në qarqet fotonike të bazuara në rezonatorë, duke hedhur bazat për teknologji më të adaptueshme të përpunimit optik.
Nëse komercializohet, një çip i tillë optik i programueshëm do të kryente disa detyra njëherësh, duke përfshirë kontrollin e shpejtësisë së sinjaleve dhe kalimin ndërmjet funksioneve të ndryshme, ngjashëm me një sistem të përcaktuar nga softueri. Ky fleksibilitet do t’i ndihmonte qendrat e të dhënave dhe serverat e AI-së të përpunonin informacionin më me efikasitet e me më pak energji. Integrimi i shumë funksioneve në një çip të vetëm do t’i bënte edhe pajisjet e komunikimit optik dhe sensorët më kompakte dhe më pak të kushtueshme. Në planin afatgjatë, teknologjia mund të mbështesë industri që kërkojnë përpunim tejet të shpejtë, si drejtimi autonom, komunikimet e gjeneratës së ardhshme dhe aplikimet kuantike.
Profesori Namkyoo Park, bashkautor korrespondues i studimit, theksoi rëndësinë e punës duke thënë se ajo propozon një parim të ri dizajni që mundëson rikonfigurimin sipas nevojës të rrjedhës së dritës në qarqet fotonike, duke rritur në mënyrë thelbësore fleksibilitetin. Ai shtoi se ekipi synon ta zgjerojë këtë teknologji drejt qarqeve fotonike të programueshme në shkallë të gjerë, të bazuara në fotonikën e silikonit dhe AI-në fotonike. Nga ana e tyre, autorët e parë të përbashkët, Dr. Seungkyun Park dhe studenti i doktoraturës Beomjoon Chae, të cilët udhëhoqën kornizën teorike dhe analizën numerike, vunë në dukje se riinterpretimi i fizikës tradicionale të rezonatorëve nga një perspektivë tjetër mund të shërbejë si pikënisje për zbulimin e funksioneve të reja në qarqet e integruara fotonike. Ata konfirmuan planet për vazhdimin e kërkimit drejt zbatimit praktik dhe verifikimit eksperimental.
